Comment le compas gyroscopique trouve le nord vrai
1La leçon en mots simples
L'inertie gyroscopique maintient l'axe de rotation fixe dans l'espace. L'asservissement par gravité et l'amortissement amènent le gyro à se stabiliser sur le méridien vrai, la ligne nord–sud.
Deux propriétés
Un gyroscope est un rotor tournant vite, libre de pivoter autour de ses axes. L'inertie gyroscopique, ou rigidité dans l'espace, maintient son axe de rotation dans la même direction dans l'espace. Un effort de rotation, appelé couple, exercée autour d'un axe fait pivoter le gyroscope autour d'un troisième axe. C'est la précession. Ce troisième axe est perpendiculaire à l'axe de rotation et à celui du couple. Le compas gyroscopique utilise ces deux propriétés.
Pourquoi un gyro libre dérive
La Terre tourne d'environ 15° par heure. Un gyro libre garde sa direction dans l'espace pendant que la Terre tourne sous lui. Pour un axe horizontal, la dérive en azimut (direction horizontale) vaut environ 15° × sin φ par heure, où φ est la latitude. L'inclinaison dépend de l'orientation de l'axe : sa vitesse maximale vaut environ 15° × cos φ par heure, axe est–ouest ; elle est nulle avec un axe nord–sud. Ces mouvements sont apparents : ils n'orientent pas le gyro vers le nord.
Asservissement par gravité
Le fabricant ajoute un asservissement par gravité : une masse pendulaire ou un système à liquide couplé. Quand l'axe s'incline, la gravité produit un couple. La précession le transforme en mouvement en azimut vers le méridien. L'axe oscille alors de part et d'autre du méridien, vers l'est et l'ouest, sans s'arrêter. Le gyro devient ainsi cherche-nord.
Amortissement et stabilisation
L'amortissement réduit chaque oscillation jusqu'à ce que l'axe s'immobilise sur le méridien, ou très près : le gyro est stabilisé. L'erreur de stabilisation est l'écart entre son indication moyenne stabilisée et le cap vrai. La stabilisation prend du temps après la mise en marche. La norme de fonctionnement de l'OMI (Organisation maritime internationale), résolution A.424(XI), autorise jusqu'à six heures aux latitudes jusqu'à 60°. Beaucoup d'appareils modernes sont plus rapides. Mets-le en marche assez tôt, selon le délai du fabricant, pour disposer du cap au départ.
Atouts et limites
Un gyro stabilisé donne des caps vrais : sans déclinaison magnétique ni déviation. Sa force directrice, qui l'oriente vers le nord, diminue vers les pôles, à peu près selon cos φ ; les erreurs augmentent donc aux hautes latitudes. Vérifie la limite d'utilisation dans le manuel. Il dépend de l'alimentation électrique et du support du rotor. Un compas magnétique étalon doit servir de secours indépendant. Contrôle toujours aussi l'erreur du gyro.
2Données clés
- Rotation terrestre
- Environ 15° par heure (15,04° par heure)
- Dérive du gyro libre (axe horizontal)
- Environ 15° × sin latitude par heure
- Vitesse maximale d'inclinaison du gyro libre
- Environ 15° × cos latitude par heure ; axe horizontal est–ouest
- Délai de stabilisation (A.424)
- Dans les 6 heures, aux latitudes jusqu'à 60°
- Erreur de stabilisation (A.424)
- Au plus 0,75° ÷ cos latitude
3Points clés
- 1
L'inertie gyroscopique stabilise l'axe dans l'espace. La précession le réoriente sous l'effet d'un couple.
- 2
Un gyro libre dérive et s'incline quand la Terre tourne. L'asservissement par gravité l'oriente vers le méridien.
- 3
L'amortissement arrête les oscillations : le gyro se stabilise. Respecte le délai du fabricant.
- 4
Le gyro indique le nord vrai, mais sa force diminue près des pôles et de petites erreurs subsistent.
4Erreurs fréquentes
Erreur: Un gyroscope seul pointe vers le nord vrai.
Correct: Un gyro libre garde seulement sa direction dans l'espace. L'asservissement par gravité et l'amortissement l'orientent et le stabilisent sur le méridien.
Erreur: Le gyro est prêt dès que le rotor atteint sa vitesse.
Correct: Il doit d'abord se stabiliser, parfois pendant des heures. Mets-le en marche tôt et compare-le au compas magnétique avant de t'y fier.
Erreur: Le gyro n'a aucune erreur puisqu'il n'a ni déclinaison ni déviation.
Correct: Il a de petites erreurs propres, comme l'erreur de vitesse et de route, qui augmentent aux hautes latitudes. Contrôle-le à chaque quart.
5Cas pratique et clés d'examen
Ton navire sort d'un séjour en cale sèche, gyro éteint. Le départ est prévu à 0800 et l'électricien propose de démarrer le gyro à 0730. Que réponds-tu ?
Voir la réponse
Ne suppose pas que 30 minutes suffisent. Vérifie le délai de stabilisation et les indications de disponibilité du fabricant. Prévois un démarrage assez tôt pour les respecter. Avant d'utiliser le gyro au départ, confirme sa stabilisation et contrôle son erreur avec une référence indépendante.
Clés d'examen
- Inertie gyroscopique et précession ; l'asservissement par gravité donne la recherche du nord, l'amortissement donne la stabilisation.
- A.424(XI) : stabilisation dans les 6 h jusqu'à 60° de latitude ; erreur de stabilisation ≤ 0,75° ÷ cos latitude.
- Gyro libre horizontal : dérive 15° sin φ/h ; vitesse maximale d'inclinaison 15° cos φ/h, axe est–ouest, nulle axe nord–sud. La force directrice diminue vers les pôles.
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