Navigation à l'estime

La navigation à l'estime est une méthode de navigation qui consiste à déduire la position d'un véhicule (terrestre, maritime, aérien ou spatial ; piloté ou automatique) de sa route et de la distance parcourue depuis sa dernière position connue. Traditionnellement, cette méthode repose sur les instruments mesurant son cap (compas), sa vitesse (loch, tachymètre, badin, etc.) et le temps (chronomètre) ainsi qu'avec l'estimation éventuelle (ou le calcul) de l'influence de l'environnement (courant, vent) sur sa marche.

La navigation se fait en plaçant les positions au moment des relevés (9h), indiquée par le triangle. En utilisant leur vitesse et cap, estiment leur position à 9h30 et 10h.

Elle est incertaine, car dépendante de la précision de la mesure de la route vraie (ou route sur le fond pour un navire) et de sa vitesse réelle. En pratique, en navigation maritime, on adopte une incertitude égale à 2 à 3 % de la distance parcourue, mais qui peut atteindre 5 % si les conditions météorologiques sont mauvaises. Cette incertitude doit être appliquée à la route également soit ± 2° ou ± 3°. Avec un contrôle de la position au moins une fois par jour, on peut admettre en permanence un rayon d'incertitude toujours inférieur à 15 milles.

Il existe deux méthodes pour déterminer la position estimée : une méthode graphique en traçant les routes sur la carte (navigation côtière), et une méthode par le calcul (l'estime au large en utilisant les formules exactes ou formules approchées). Ces deux méthodes sont utilisées pour l'inverse de l'estime, qui consiste à déterminer la route et la distance entre une position de départ connue et une position d'arrivée choisie. Ces constructions et ces calculs donnent des routes loxodromiques.

Dérive

La dérive est une erreur qui peut survenir lors du vol à l'estime lorsque la vitesse du milieu n'est pas prise en compte. A est la dernière position connue (point de référence), B est la position calculée à l'estime et C est la position réelle après un temps donné. Le vecteur de A à B représente la trajectoire prévue de l'avion, basée sur le cap initial (HDG) et la vitesse vraie (TAS). Le vecteur de B à C est le vecteur vent (W/V), et le troisième vecteur représente la route réelle (TR) et la vitesse sol (GS). L'angle de dérive est indiqué en rouge.

Bien que le vol à l'estime puisse fournir une position plus ou moins fiable avec peu de calculs ou d'analyses, il est sujet à des erreurs d'approximation importantes. Pour des informations de position précises, la vitesse et la direction doivent être connues avec exactitude à tout moment du vol. En particulier, le vol à l'estime ne tient pas compte de la dérive directionnelle lors du déplacement dans un milieu fluide. Ces décalages ont tendance à s'accumuler sur de longues distances, rendant la navigation à l'estime difficile pour les longs trajets.

Par exemple, si le déplacement est mesuré par le nombre de tours de roue, tout écart entre la distance réellement parcourue et la distance estimée par tour, dû par exemple à un glissement ou à des irrégularités de la chaussée, sera une source d'erreur. Chaque estimation de position étant relative à la précédente, les erreurs se propagent et s'accumulent au fil du temps.

La précision de la navigation à l'estime peut être considérablement améliorée en utilisant d'autres méthodes, plus fiables, pour obtenir une nouvelle position en cours de route. Par exemple, en navigation terrestre par faible visibilité, on peut utiliser la navigation à l'estime pour s'approcher suffisamment d'un point de repère connu afin de le voir, avant de s'y rendre à pied – ce qui donne un point de départ précis – puis de repartir.

Navigation aérienne

Un compas magnétique britannique P10 avec des outils de navigation à l’estime (Dead Reckoning)

La navigation à l'estime en vol est similaire à la navigation à l'estime en mer, mais légèrement plus complexe. La densité de l'air traversé par l'aéronef influe sur ses performances, tout comme le vent, le poids et la puissance du moteur.

Lors des vols sans points de repère (amers), il est obligatoire de calculer un cap et une vitesse, avec un temps estimé pour rejoindre le point d’arrivée estimée. Les premiers exemples de ce type de navigation ont été raélisé : - Le 14 juin 1919, par John Alcock et Arthur Brown, lors de leur traversée transatlantique. Ils décollèrent de Lester's Field à Saint-Jean (Terre-Neuve) à bord d'un Vickers Vimy. Ils atterrirent dans le comté de Galway (Irlande) le 15 juin à 8 h 40, achevant ainsi le premier vol transatlantique sans escale, à l’estime.

- Le 21 mai 1927, Charles Lindbergh atterrit à Paris. C’est le premier vol entre les États-Unis et Paris, sans escale, à bord du Spirit of St. Louis, un monomoteur. L'appareil étant équipé d'instruments très rudimentaires, Lindbergh utilisa l'estime pour naviguer.

La formule de base de la navigation à l'estime est : Distance = Vitesse × Temps. Un aéronef volant à 250 nœuds pendant 2 heures parcourt 500 milles nautiques. Le triangle des vents permet de calculer l'influence du vent sur le cap et la vitesse air afin d'obtenir un cap magnétique pour le pilotage et la vitesse sol. Des tables imprimées, des formules ou un calculateur de vol E6B sont utilisés pour calculer les effets de la densité de l'air sur le taux de montée, la consommation de carburant et la vitesse de l'aéronef.

Une ligne de cap est tracée sur une carte aéronautique, ainsi que des positions estimées à intervalles réguliers (par exemple, toutes les demi-heures). Les points de repère sont obtenus par observation visuelle du relief. En comparant le point de repère et la position estimée, des corrections sont apportées au cap et à la vitesse sol de l'aéronef.

Le vol à l'estime fait partie du programme de formation des pilotes VFR (vol à vue – ou niveau de base) dans le monde entier. L'enseignement de la navigation à l'estime est obligatoire, que l'aéronef soit équipé ou non d'aides à la navigation telles que le GPS, l'ADF et le VOR, et constitue une exigence de l'OACI. De nombreuses écoles de pilotage interdisent l'utilisation d'aides électroniques aux élèves tant qu'ils ne maîtrisent pas la navigation à l'estime.

Les systèmes de navigation inertielle (INS), quasi universels sur les aéronefs modernes, utilisent la navigation à l'estime en interne. L'INS offre une capacité de navigation fiable dans pratiquement toutes les conditions, sans nécessiter de références de navigation externes, bien qu'il reste sujet à de légères erreurs.

Navigation maritime

Les outils du navigateur, carte marine, compas, crayon, règle graduée, et chronomètre 24h

Cercle d'incertitude sur la position $R_{f}$=060°±2° -- $V_{f}$=8 ±0,2 nœuds

La navigation à l'estime était considérée comme essentielle pour évaluer les informations de position et planifier les mouvements du navire. En navigation côtière la dérive due au vent et celle due au courant, qu'il soit marin ou de marée, doivent être intégrées. Un recalage périodique par observation visuelle ou radar est nécessaire.

Au large loin des dangers les influences des vents et des courants océaniques ne sont pas portées sur la carte. Une position au crépuscule par observation astronomique (d'au moins 3 étoiles) en était généralement le point de départ. De cette position connue, ou point de référence, sont ensuite reportées, mathématiquement ou directement sur la carte, à l'aide du cap, de la vitesse et du temps enregistrés, les positions estimées.

La vitesse peut être estimée par différentes méthodes comme un nombre de tours d'hélice ou un cran de combustible moteur tout en considérant le déplacement actuel du navire (lège ou chargé).

Cette vitesse surface peut être également mesurée par des instruments. Avant l'avènement des instruments modernes comme les systèmes de positionnement par satellites (qui donnent directement la vitesse sur le fond), elle était déterminée à bord à l'aide d'un loch. Les méthodes actuelles (années 2000) utilisent un loch électromagnétique, ou un loch Doppler. Le loch à tube de Pitot est un système qui existe mais est rarement employé sur les navires, des coquillages se fixant dans le tube, appendice externe à la coque du navire. Cette mesure est convertie en vitesse équivalente en fonction des conditions atmosphériques connues et des erreurs mesurées dans le système de vitesse indiquée.

Un navire peut utiliser un loch électromagnétique, qui mesure la variation de champ magnétique, entre deux capteurs, causée par le déplacement de l’eau dans ce champ électromagnétique. Cette variation est ensuite convertie en vitesse du navire. La distance est déterminée en multipliant la vitesse par le temps. Cette position initiale peut ensuite être ajustée, ce qui permet d'obtenir une position estimée en tenant compte du courant. En l'absence d'informations de position, un nouveau tracé de navigation à l'estime peut être établi à partir d'une position estimée. Dans ce cas, les positions de navigation à l'estime suivantes tiendront compte de la dérive estimée.

Les positions à l'estime sont calculées à intervalles prédéterminés et maintenues entre les points de repère. La durée de l'intervalle est variable, 1 heure est fréquemment employée par facilité. Des facteurs tels que la vitesse maintenue, la nature du cap et les autres changements de route, ainsi que le jugement du navigateur, déterminent le moment du calcul des positions à l'estime.

Avant l'invention du chronomètre de marine par John Harrison au XVIII^e siècle et la méthode des distances lunaires, la navigation à l'estime était la principale méthode de détermination de la longitude utilisée par des navigateurs comme Christophe Colomb et John Cabot lors de leurs traversées transatlantiques. La navigation polynésienne, quant à elle, utilise des techniques de navigation différentes.

Calcul du point estimé

$M\,$ étant la distance parcourue à la route $R_{v}\,$ ; $\varphi _{a},G_{a}\,$ et $\varphi _{b},G_{b}\,$ les coordonnées géographiques des points de départ et d'arrivée :

$\varphi _{b}=\varphi _{a}+M\cos R_{v}\,$

et $G_{b}=G_{a}+{\frac {M\sin R_{v}}{\cos \varphi _{m}}}\,$

avec $\varphi _{m}={\frac {\varphi _{a}+\varphi _{b}}{2}}\,$

Cette formule approchée reste précise à 1 mille près pour $\scriptstyle M<375\,$ milles marins.

Les calculateurs d'estime donnent directement les parcours en minutes de latitude (indicateur NS) et de longitude (indicateur EW). De simples additions algébriques permettent donc le calcul du point.

Autrefois, ces calculs, laborieux, étaient effectués au moyen de « table de points » (en France, table 900 ou table de Friocourt). Ils nécessitaient par ailleurs de noter avec rigueur dans le journal de navigation les changements de route et de vitesse. Le courant était traité comme un parcours supplémentaire.

Au temps de la marine à voile, les hommes de quart utilisaient un renard, aide mémoire fait d'une planche généralement percée de trous (les marins étaient pour la plupart illettrés) et où ils mettaient des fiches pour noter les routes et vitesses, différentes observations, qui servaient ensuite au navigateur pour calculer son estime.

Aujourd'hui, avec l'apparition des systèmes de navigation satellitaire, cette méthode a perdu de son intérêt. Il s'agit toutefois d'un moyen autonome. C'est pourquoi il est recommandé (et obligatoire dans le cas de la marine professionnelle) de conserver les données permettant de tenir une estime même lorsqu'on dispose d'autres moyens de positionnement.

Notes et références

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Dead reckoning » (voir la liste des auteurs).

Voir aussi

Articles connexes

• SIEL (bus) Le système de radiolocalisation utilisé par la RATP pour ses bus et qui utilise la navigation à l'estime.
• Facteur de base
• Navigation à vue
• Marétique
• Navigation dans l'Antiquité
• Route (navigation)