Pourquoi le nord de la boussole n'est-il pas celui de la carte ?
― En montagne, on dévie d'environ 100 m sur le côté à chaque kilomètre
Randonneurs et géomètres commencent souvent par déplier leur carte et tracer au crayon plusieurs lignes obliques : les « lignes du nord magnétique ». Le nord que montre la boussole et le nord de la carte ne sont pas le même. Au Japon, l'écart serait d'environ 5 à 10 degrés. C'est un petit angle, mais il s'ouvre à mesure qu'on avance.
Vous marchez en forêt, carte et boussole en main. Le refuge que vous visez se trouve, sur la carte, « plein nord ».
Vous suivez donc l'aiguille de la boussole et partez droit vers le nord. Sur la carte, il y a environ 1 km à parcourir.
Mais à l'arrivée, pas de refuge. Vous voilà sur un versant un peu plus à l'ouest. Pourtant la boussole n'est pas cassée et la carte est juste.
Il n'y a que deux raisons
Le nord de la carte est celui que pointe l'axe autour duquel la Terre tourne. Le nord de la boussole est celui que pointe l'axe du grand aimant qu'est la Terre. Ces deux axes sont décalés dès le départ.
Le magnétisme est produit à l'intérieur de la Terre, et sa répartition est déformée d'un endroit à l'autre. La direction et la taille de l'écart changent donc selon l'endroit où l'on se trouve.
La combinaison des deux crée l'écart entre le « nord de la carte » et le « nord de l'aiguille ». Cet écart a un nom : la déclinaison magnétique. Au Japon, l'aiguille penche partout vers l'ouest : environ 9 à 10 degrés à Hokkaido, 7,5 degrés dans la région de Tokyo, et 5 degrés à Okinawa.
Première raison : l'aimant terrestre est penché
Le magnétisme autour de la Terre serait produit par le noyau, en son centre. L'axe de l'aimant ainsi créé est incliné d'une dizaine de degrés par rapport à l'axe de rotation. Le point visé par l'aiguille n'est donc pas le pôle Nord de la carte.
Et ce nord de l'aiguille ne reste pas en place. Il se déplace depuis très longtemps : au XXe siècle, il se trouvait dans le nord du Canada ; il se serait depuis rapproché de la Sibérie. Le nord de la carte ne bouge pas, alors que celui de l'aiguille est un repère mobile. Regardez la partie gauche de la figure 1 : la ligne pointillée verticale et la ligne pleine inclinée ne coïncident pas.
Deuxième raison : l'écart varie d'un lieu à l'autre
Si la Terre était un barreau aimanté parfait, l'écart se calculerait par simple calcul. Mais la répartition réelle du magnétisme est déformée d'un endroit à l'autre : sa force et sa direction changent sous les continents et sous les océans.
Il faut donc mesurer l'écart région par région. L'Institut de géographie du Japon (Kokudo Chiriin) mesure le champ magnétique dans tout le pays, puis établit et publie des cartes indiquant de combien de degrés l'aiguille penche vers l'ouest. La note d'orientation écrite dans la marge des cartes topographiques est aussi le fruit de ces mesures.
L'écart évolue aussi d'année en année. Au Japon, l'angle vers l'ouest augmente peu à peu, de quelques minutes par an (une minute vaut un soixantième de degré). C'est pourquoi la note d'une vieille carte ne convient plus tout à fait.
Sur les pistes d'aéroport, on peint des numéros comme « 34 » ou « 16 ». Ce sont les caps, mesurés par rapport au nord de l'aiguille, divisés par 10. Quand le nord de l'aiguille se déplace, le numéro ne correspond plus à la vraie direction : dans le monde entier, des numéros ont ainsi dû être repeints. Avec un repère mobile, il faut même réécrire les chiffres sur le sol.
En résumé
La boussole indique honnêtement le magnétisme de la Terre. Mais l'axe de ce magnétisme n'est pas aligné sur l'axe de rotation, donc elle ne montre pas le nord de la carte. Au Japon, elle penche d'environ 5 à 10 degrés vers l'ouest, et cet angle vous écarte davantage à mesure que vous marchez. Voilà pourquoi, sur le terrain, on trace des lignes du nord magnétique sur la carte avant d'y aligner l'aiguille.
L'aiguille ne montre pas « le nord » :
elle suit seulement la direction de l'aimant terrestre.
Pour comprendre comment l'aiguille se tourne vers le nord, lisez Pourquoi l'aiguille d'une boussole se tourne-t-elle vers le nord ? ; pour utiliser les étoiles comme repère fixe, lisez L'étoile Polaire est-elle la plus brillante du ciel ?.
- Prenez une carte topographique en papier et cherchez la note dans la marge. Elle indique de combien de degrés l'aiguille penche vers l'ouest, par exemple « déclinaison ouest 7° 10′ ».
- Avec un rapporteur, tracez sur toute la carte plusieurs lignes inclinées vers la gauche de cet angle par rapport aux lignes verticales de la carte. Ce sont les lignes du nord magnétique.
- Dehors, posez la boussole sur la carte et tournez la carte entière jusqu'à ce que l'aiguille soit parallèle aux lignes du nord magnétique. La carte est alors orientée comme le terrain.
Près d'un poteau de fer, d'une voiture ou sous des lignes électriques, l'aiguille est attirée. On s'en aperçoit en s'éloignant de quelques mètres et en faisant deux lectures à des endroits différents.
Pour aller plus loin ― termes, formules et liens avec les manuelsLe niveau de chaque passage est indiqué, du collège aux cours universitaires spécialisés
- CollègeCe qu'on apprend en sciences au collège
- LycéeCe qu'on apprend au lycée en physique de base et en mathématiques I
- Lycée +Approfondissement du lycée, ou encadré de manuel
- Univ.Contenu d'un cours universitaire spécialisé (géomagnétisme), hors programme du lycée
- RechercheSujets encore à l'étude, non enseignés comme acquis même à l'université
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Déclinaison magnétique : angle entre le nord de la carte (nord vrai) et le nord indiqué par la boussole (nord magnétique). Au Japon, elle est vers l'ouest, on parle de « déclinaison ouest ».
- Ligne du nord magnétique : ligne tracée sur la carte, inclinée de l'angle de déclinaison. Elle sert à aligner l'aiguille et la carte, en randonnée comme en topographie.
- Inclinaison : angle dont l'aiguille pointe vers le bas (ou le haut) par rapport à l'horizontale. Au Japon, la pointe nord plonge, d'environ 50 degrés.
CollègeLycéeVérifier par la formule : que représente 7,5° d'écart en mètres ?
Un écart d'angle devient une longueur quand on le multiplie par la distance parcourue. Calculons directement le décalage latéral, notre sujet.
| En symboles | d ＝ L × tan θ |
| En mots | décalage latéral ＝ distance parcourue × tangente de la déclinaison |
| D'où vient-elle ? | De la définition des rapports trigonométriques dans un triangle rectangle. La distance parcourue est le côté adjacent, la déclinaison est l'angle au départ, et le décalage latéral est le côté opposé. |
| Distance parcourue L | 1000 m (1 km sur la carte) |
| Déclinaison θ (région de Tokyo) | 7,5 degrés vers l'ouest, dit-on |
| Tangente de 7,5 degrés | environ 0,132, dit-on |
| Distance de vallée à vallée (repère en montagne) | 300 m |
| Décalage latéral après 1 km (m) | 1000 × 0,132 ＝ 132 |
| Décalage latéral après 5 km (m) | 132 × 5 ＝ 660 |
| Combien d'écarts de vallée ? | 660 ÷ 300 ＝ 2,2 |
Environ 132 m après 1 km, environ 660 m après 5 km. Si une vallée fait 300 m de large, cela représente 2,2 fois cette largeur : assez pour franchir deux crêtes et se retrouver dans une autre vallée. Même petit, un angle multiplié par la distance devient une longueur qui enjambe le relief.
LycéeLycée +Qu'est-ce qui détermine la direction de l'aiguille ?
LycéeL'aiguille cherche à s'aligner sur la composante horizontale (force horizontale) du champ magnétique terrestre. Ce champ pointe obliquement vers le bas ; sa seule direction horizontale donne, sur la carte, le « nord de l'aiguille ».
Lycée +Le champ magnétique en un point se décrit par trois éléments : la déclinaison, l'inclinaison et l'intensité totale. On les appelle les trois éléments du champ géomagnétique. Dans l'approximation du champ dipolaire, qui assimile la Terre à un seul barreau aimanté, l'inclinaison et la latitude magnétique sont liées par tan(inclinaison) ＝ 2 × tan(latitude magnétique). L'écart entre les valeurs réelles et cette approximation mesure la déformation locale du champ.
Univ.Comment calcule-t-on la déclinaison dans le monde ?
Le champ magnétique de toute la Terre s'exprime par un développement en harmoniques sphériques. Le modèle de référence dont les coefficients (coefficients de Gauss) sont déterminés à partir des observatoires du monde entier et des satellites s'appelle le champ géomagnétique international de référence (IGRF). La déclinaison affichée par les cartes et les appareils est calculée avec ce modèle, en entrant le lieu et la date. La théorie des écoulements qui engendrent le champ lui-même s'appelle la théorie de la dynamo terrestre.
📖 Démonstration des formules et suite : Géomagnétisme (trois éléments et approximation dipolaire) ／ Théorie de la dynamo
RechercheCe qu'on ne comprend pas encore bien
- Pourquoi le nord de l'aiguille se déplace vite. Le déplacement du pôle magnétique nord se serait accéléré à partir de la seconde moitié du XXe siècle, mais on débat encore des changements d'écoulement qui ont lieu dans le noyau.
- La zone de faiblesse de l'Atlantique Sud. Du sud de l'Atlantique jusqu'au Brésil, le champ est faible, et cette zone s'étendrait. On ne sait pas si c'est le signe avant-coureur d'une inversion du champ.
- Quand et en combien de temps l'inversion aura lieu. Les roches gardent la trace de nombreuses inversions nord-sud passées, mais on n'a pas encore de méthode pour prédire la date ni le déroulement de la prochaine.
Le contenu de cet article n'est donc qu'une « explication de l'état actuel des connaissances ». Les valeurs de déclinaison sont aussi mises à jour à chaque campagne de mesure : en pratique, vérifiez-les sur une carte récente.
Liens avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière · chapitre | Où dans l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences 1re partie « Courant et champ magnétique » | La Terre est un grand aimant ; l'aiguille indique la direction du champ |
| Lycée | Mathématiques I « Trigonométrie » / Physique de base « Champ magnétique » | Calcul du décalage latéral par la tangente, notion de composante horizontale |
| Lycée + | Sciences de la Terre « Champ magnétique terrestre » | Trois éléments du champ, écart à l'approximation dipolaire |
| Univ. | Géomagnétisme · géodésie | Développement en harmoniques sphériques, champ de référence IGRF |
| Recherche | Physique de l'intérieur de la Terre | Déplacement des pôles magnétiques, prévision des inversions |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Tracer les lignes du nord magnétique en randonnée, lire la note d'orientation d'une carte |
- Geospatial Information Authority of Japan (Kokudo Chiriin), « Levés géomagnétiques et cartes magnétiques » (répartition de la déclinaison au Japon et son évolution annuelle)
- Observations de l'observatoire géomagnétique de Kakioka, Agence météorologique du Japon (évolution sur le long terme de la déclinaison, de l'inclinaison et de l'intensité totale)
- Association internationale de géomagnétisme et d'aéronomie (IAGA), tables de coefficients du champ géomagnétique international de référence (IGRF)
- Wikipédia en japonais, article « Géomagnétisme » (synthèse sur les trois éléments, l'approximation dipolaire et le déplacement des pôles)
※ Cet article est une explication scientifique grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur pour comprendre le mécanisme. En montagne, fiez-vous aux cartes topographiques les plus récentes, aux informations locales et à celles des collectivités et organismes compétents.