Mes1-6 - Théodolite
Fonction
Mesure des deux angles (distances zénithale et azimutale) qui définissent une direction. Rappelons que la distance zénithale est l'angle que fait la direction (celle d'une étoile par exemple) avec la verticale du lieu ; le complément de cet angle est appelé "hauteur" (sur l'horizon) ; l'angle que fait le plan vertical qui contient la direction avec un plan vertical de référence (plan méridien géographique, plan méridien magnétique...) est appelé azimut.
Description
Chacun des deux angles se mesure à l'aide d'une alidade à lunette (lunette montée sur une règle mobile, Mes1-4), munie d'un vernier tournant sur un cercle gradué. Il y a donc deux cercles gradués munis de deux alidades à lunettes : un cercle vertical permet la mesure de la distance zénithale, c'est le cercle zénithal ou cercle des hauteurs ; l'autre cercle horizontal ou cercle azimutal, permet la mesure de la distance azimutale. Le cercle zénithal et son alidade peuvent tourner autour d'un axe vertical.
L'oculaire de chaque lunette est muni d'un réticule ; l'axe de la lunette est défini par le point de croisée des fils du réticule et par le centre optique de son objectif. Pointer la direction d'un objet (une étoile, par exemple) consiste à amener l'image de l'objet au point de croisée des fils du réticule.
Le théodolite est muni d'un niveau à bulle et monté sur trépied à vis calantes pour assurer l'horizontalité du cercle azimutal (donc, par construction, la verticalité du cercle zénithal). Il est aussi muni d'une boussole qui permet la détermination du plan méridien magnétique et donc celle du méridien géographique si l'on connaît la déclinaison au lieu où se font les mesures.
Remarque : ce théodolite n'utilise qu'une seule lunette, il semble avoir perdu le niveau à bulle.
Histoire
Hipparque (2ème siècle avant J-C), "le plus grand d'astronome de l'antiquité", serait l'inventeur de l'astrolabe dont il se servait pour la mesure de la hauteur des étoiles au-dessus de l'horizon ; on peut voir dans cet instrument le précurseur du théodolite. Notons également que, depuis l'astronome Ptolémée, le mot astrolabe désigne aussi une sorte de mappemonde.
On attribue l’invention du théodolite à Jesse Ramsden (1735-1800), opticien anglais, constructeur d’instruments de mathématiques et d’optique. Il construisit aussi la machine à diviser et une machine électrostatique à plateaux de verre. Le théodolite est l’instrument fondamental de la géodésie par triangulation (mesure des angles d’un triangle formé par trois points, tels que les sommets de trois montagnes. Notons pour la petite histoire que Gauss crut bon de vérifier ainsi, à la précision des mesures près, que la somme des angles d’un triangle est égale à 180 degrés. C’est par triangulation qu’on mesurait un arc de méridien. Les frères Cassini furent les fondateurs de la géodésie française.
Un vieux registre note l'acquisition en 1894 de trois alidades dans leur boite.
On attribue parfois à Thalès de Milet (640-548 avant J-C) les débuts de la géodésie ; il aurait rapporté d'Égypte(?) en Grèce, les fondements de la géométrie. Mais qui a inventé l'alidade ? Remarquons que ce mot est d'origine arabe. Hipparque (2ème siècle avant J-C) le plus grand astronome de l'antiquité, se servait du dioptre (alidade à pinnule) et de l'astrolabe dont on lui attribue l'invention.
Dans l’ouvrage Géométrie, cours moyen (maison A. Mame à Tours), on trouve la description suivante d’un graphomètre :
« Le graphomètre est un instrument destiné à mesurer les angles. Il se compose : d’un limbe ou d’un demi-cercle évidé, en cuivre, de 8 à 12 centimètres de rayon, divisé en degrés et en demi-degrés. La graduation est double et peut être lue dans les deux sens ; de deux alidades ou règles munies aux extrémités de deux pinnules relevées à angle droit. Une des deux alidades est mobile autour du centre du limbe ; l’autre est fixe et dirigée suivant le diamètre du limbe ; elle se nomme ligne de foi ou de collimation. Le limbe porte en son centre et en dessous une tige terminée par une petite sphère serrée par deux coquilles, que l’on peut écarter ou rapprocher à volonté à l’aide d’une vis. Cette articulation appelée genou à coquilles, permet de fixer le limbe dans une position quelconque. Les coquilles sont le prolongement d’un cylindre creux appelé douille, et destiné à recevoir l’axe d’un pied à trois branches. Les branches du trépied sont mobiles et peuvent être fixées à leur axe à l’aide d’une vis de pression G. Cette disposition permet d’utiliser le graphomètre sur un sol quelconque ».