Lire le ciel avant le globe

00Introduction

Où suis-je ? C'est sans doute l'une des questions les plus anciennes que l'être humain ait posée en levant les yeux vers le ciel. Bien avant les cartes, bien avant les boussoles, bien avant toute théorie sur la forme du monde, les hommes ont appris à lire leur position dans l'espace à partir de ce qu'ils voyaient au-dessus d'eux : le Soleil, les étoiles, la Lune.

Ce document retrace l'histoire de cette lecture. Il raconte comment sont nées les latitudes et les longitudes — ces deux coordonnées qui permettent de désigner n'importe quel point sur la surface terrestre — à travers les civilisations qui les ont inventées, les instruments qu'elles ont utilisés, et les différents modèles du monde au sein desquels ces méthodes ont été pratiquées.

Le lecteur découvrira que ces coordonnées géographiques ne sont pas le produit d'une théorie sur la forme de la Terre. Elles sont nées de l'observation directe du ciel. Elles ont été pratiquées et affinées dans des contextes cosmologiques très variés — y compris des contextes où la Terre n'était pas considérée comme une sphère. C'est seulement dans un second temps, et progressivement, que certains savants ont réinterprété ces coordonnées dans le cadre du modèle du globe terrestre, en les rattachant à un point — le centre de la Terre — que nul n'a jamais atteint ni directement mesuré.

01L'origine des 360 degrés : une naissance solaire et calendaire

Les Sumériens et Babyloniens : des observateurs du ciel hors du commun

Tout commence en Mésopotamie, l'actuel Irak, il y a plus de quatre mille ans. Les Sumériens, puis les Babyloniens qui leur succèdent, sont parmi les premiers peuples à observer le ciel de manière systématique, méthodique, et à en garder des archives écrites sur des tablettes d'argile.

Ces astronomes de l'Antiquité ne travaillaient pas avec des ordinateurs ni des télescopes. Ils utilisaient leurs yeux, leurs mains, et un sens aigu de l'observation répétée sur de longues périodes. Nuit après nuit, année après année, ils notaient les mouvements du Soleil, de la Lune, des étoiles et des planètes.

Ce qu'ils ont bâti à partir de ces observations est remarquable : un système de numération, un calendrier, et une division du cercle qui sont encore utilisés aujourd'hui dans chaque montre, chaque boussole, et chaque carte du monde.

Le système sexagésimal : compter en base 60

Pourquoi la base 60 ? Plusieurs raisons convergent. D'abord une raison pratique : les Sumériens comptaient sur les phalanges des doigts. En utilisant le pouce pour pointer les trois phalanges de chaque autre doigt, on obtient douze phalanges par main. En comptant les groupes de douze sur l'autre main (cinq doigts), on obtient 12 × 5 = 60. Ce système permettait de compter jusqu'à soixante sans rien écrire.

Ensuite une raison mathématique : le nombre 60 est extrêmement commode car il est divisible par 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20 et 30. Cette propriété, rare pour un nombre aussi petit, permet de faire des calculs en fractions simples sans restes ni approximations.

L'année de 360 jours et le mouvement du Soleil

Le calendrier babylonien comptait 360 jours, répartis en 12 mois de 30 jours. Cette approximation de l'année solaire réelle — qui est d'environ 365,25 jours — n'était pas une erreur ignorée : les Babyloniens savaient que l'année était un peu plus longue et ajoutaient périodiquement des jours supplémentaires.

Ce qui est fondamental, c'est l'observation qui accompagne ce calendrier : le Soleil se déplace chaque nuit d'environ un degré par rapport aux étoiles fixes. Sur 360 jours, il accomplit un tour complet de la voûte céleste et revient à son point de départ. C'est cette observation — purement visuelle, purement empirique — qui a conduit à diviser le cercle en 360 parts égales : les degrés.

Triple convergence : pourquoi 360 et non 100 ou 400 ?

La division du cercle en 360 degrés résulte de la rencontre de trois logiques indépendantes :

• La logique calendaire : 360 jours dans l'année babylonienne → 1° par jour de déplacement solaire.
• La logique géométrique : un cercle peut être parfaitement divisé en 6 triangles équilatéraux. Chaque triangle occupe 60°. Six fois 60° = 360°.
• La logique arithmétique : dans le système sexagésimal, 360 = 6 × 60, et ce nombre possède un très grand nombre de diviseurs entiers.

La conséquence naturelle : 15 degrés par heure

Le Soleil effectue un tour complet apparent en 24 heures. Si un tour complet fait 360°, alors en une heure, le Soleil parcourt :

Cette relation est le fondement naturel des fuseaux horaires. Deux lieux séparés de 15° de longitude voient le Soleil au méridien avec exactement une heure d'écart. Cette relation n'a besoin d'aucune hypothèse sur la forme de la Terre : elle découle directement de l'observation du mouvement apparent du Soleil.

02Mesurer sa position avant le globe : le gnomon et l'ombre

Qu'est-ce qu'un gnomon ?

Le gnomon est l'un des instruments les plus anciens et les plus simples jamais inventés. Son nom vient du grec et signifie « celui qui connaît ». Dans sa forme la plus élémentaire, c'est simplement un bâton planté verticalement dans le sol.

Cet instrument apparemment banal est en réalité une fenêtre sur le cosmos. Il permet de mesurer l'heure, de déterminer les points cardinaux, de suivre les saisons, et de déterminer sa position nord-sud sur la surface terrestre.

Comment l'ombre d'un bâton renseigne sur la position

Voici le principe fondamental :

• Plus on se déplace vers le nord, plus le Soleil est bas dans le ciel à midi. Plus il est bas, plus l'ombre du gnomon est longue.
• Plus on se déplace vers le sud, plus le Soleil est haut, et plus l'ombre est courte.

Cette relation est directe, observable, et ne requiert aucune connaissance préalable de la forme de la Terre. Elle a été utilisée par toutes les grandes civilisations de l'Antiquité.

Vitruve et les tables d'ombres antiques

Au Iᵉʳ siècle avant notre ère, l'architecte romain Vitruve, dans son traité De architectura, décrit comment les anciens exprimaient la latitude d'une ville par le rapport entre la longueur de l'ombre et la hauteur du gnomon. Cette formulation ne parle pas d'angles, pas de sphère, pas de centre de la Terre — elle parle d'un rapport entre deux longueurs mesurables directement.

La formule de la latitude — expliquée pas à pas

Grâce au gnomon et à la connaissance de la déclinaison solaire, il est possible de calculer sa latitude :

Exemple concret : Un marin observe le Soleil à midi à 65° au-dessus de l'horizon. En juin, la déclinaison est d'environ +23°. Il calcule : φ = 90° − 65° + 23° = 48°. C'est la latitude de Paris. Ce calcul ne fait aucune référence à un centre de la Terre, à un rayon terrestre, ni à aucun modèle de la forme du monde.

Polaris : l'étoile qui donne directement la latitude

Il existe une méthode encore plus directe : observer l'étoile polaire. La hauteur de Polaris au-dessus de l'horizon est la latitude. Pas de calcul, pas de table, pas de modèle. Les navigateurs, les caravaniers du désert, et les explorateurs de toutes les époques ont utilisé cette étoile.

03Le cas paradigmatique : Anaxagore et Ératosthène face au même gnomon

La même expérience, deux conclusions opposées

Il existe dans l'histoire des sciences un exemple fascinant d'une même observation conduisant à deux conclusions radicalement différentes. C'est ce que les philosophes des sciences appellent la sous-détermination des théories par les observations : les données empiriques ne dictent jamais à elles seules une conclusion unique.

Les faits observés :

• À Syène (Assouan), au solstice d'été, à midi, un gnomon vertical ne projette aucune ombre. Le Soleil est au zénith.
• À Alexandrie, 800 km plus au nord, le même jour, un gnomon projette une ombre formant un angle d'environ 7,2° avec la verticale.

Anaxagore : une Terre étendue et un Soleil proche

Anaxagore de Clazomènes (vers 500-428 av. J.-C.) interprète dans son cadre conceptuel — la Terre est étendue et plate :

• Si la Terre est plate, les deux gnomons sont dans le même plan horizontal.
• Si les rayons du Soleil font un angle différent en deux points distants de 800 km, c'est que le Soleil est relativement proche — ses rayons divergent.
• Par géométrie des triangles, il calcule la distance Terre-Soleil : environ 6 400 kilomètres.

Ce raisonnement est mathématiquement cohérent avec ses prémisses.

Ératosthène : une Terre sphérique et un Soleil lointain

Ératosthène de Cyrène (vers 276-194 av. J.-C.) part des mêmes observations, mais avec un cadre différent :

• Il suppose que la Terre est sphérique.
• Il suppose que le Soleil est très lointain (rayons parallèles).
• L'angle de 7,2° représente alors une courbure = 1/50 du cercle.
• Circonférence = 800 × 50 = 40 000 km.

Ce raisonnement est, lui aussi, mathématiquement cohérent avec ses prémisses.

La leçon épistémologique

Les deux prémisses d'Ératosthène méritent d'être nommées :

1. La sphéricité de la Terre : elle n'est pas une observation directe. C'est une hypothèse géométrique.
2. Le parallélisme des rayons solaires : il n'est pas directement observable. C'est une conséquence supposée de la très grande distance du Soleil — distance qui n'avait pas été mesurée à l'époque.

Quant au centre de la Terre — ce point à 6 370 km sous nos pieds — il n'a jamais été atteint, jamais directement observé. Le forage le plus profond (puits de Kola, Russie) n'a atteint que 12,2 km, soit moins de 0,2% du rayon supposé. Ce centre est une déduction de modèle, non une observation.

04Les instruments de mesure : une histoire purement observationnelle

Les instruments qui ont permis aux hommes de déterminer leur position partagent tous une caractéristique fondamentale : ils mesurent des angles entre des astres et l'horizon. Aucun d'eux ne mesure, ne calcule, ni ne suppose un centre de la Terre.

Le gnomon (Antiquité — encore en usage)

Le plus ancien instrument astronomique connu. Des gnomons monumentaux ont été érigés en Égypte, en Mésopotamie, en Chine et en Inde. Anaximandre, au VIᵉ siècle av. J.-C., en a installé à Sparte.

Ce qui se mesure : la longueur et la direction de l'ombre → la hauteur du Soleil au-dessus de l'horizon.

Le cadran solaire

Perfectionnement du gnomon, gravé avec des lignes permettant de lire directement l'heure solaire locale. On en a retrouvé dans des tombes égyptiennes datant de plus de 3 500 ans.

Ce qui se mesure : l'heure solaire locale, et indirectement la déclinaison du Soleil.

L'astrolabe

Instrument circulaire en laiton portant des graduations angulaires, avec un bras mobile (alidade) que l'on aligne sur un astre. L'astrolabe a des racines grecques — on attribue parfois son invention à Hipparque au IIᵉ siècle av. J.-C.

Mais c'est dans le monde islamique classique qu'il a connu son développement le plus remarquable. Des savants comme Muhammad al-Fazari (VIIIᵉ siècle), al-Khwarizmi (IXᵉ siècle), et Ibn al-Haytham (Xᵉ-XIᵉ siècle) ont perfectionné l'astrolabe et rédigé des traités sur son utilisation. Ces instruments ont été fabriqués dans des ateliers de Bagdad, Damas, Cordoue et Tolède.

Il est fondamental de noter que ces savants travaillaient dans des cadres cosmologiques géocentriques. Et pourtant, leurs instruments mesuraient les mêmes angles, et leurs méthodes de détermination des latitudes étaient identiques à celles d'aujourd'hui. La cosmologie adoptée n'affectait pas la mesure observationnelle.

Le bâton de Jacob (ou arbalète)

Un long bâton gradué sur lequel coulisse une pièce mobile perpendiculaire. Le marin porte une extrémité à son œil, aligne le marteau entre l'étoile (ou le Soleil) et l'horizon, et lit directement l'angle — et donc la latitude.

Adopté par les navigateurs européens vers 1530, il a été le principal instrument de navigation maritime pendant plus de deux siècles.

Le sextant

Inventé vers 1730 par John Hadley, le sextant utilise un système de miroirs permettant de voir simultanément l'astre et l'horizon, même sur un navire qui tangue. Précision : à la minute d'arc près (1/60 de degré).

Ce qui se mesure : l'angle entre un astre et l'horizon.

Le chronomètre marin et la longitude

La longitude est la position est-ouest. Nous avons vu que 15° de longitude = 1 heure de décalage solaire. Donc pour connaître sa longitude, il suffit de comparer deux heures : l'heure solaire locale et l'heure d'un lieu de référence.

C'est l'horloger John Harrison qui, en 1759, a présenté un chronomètre marin suffisamment précis pour résoudre ce problème.

05Les cosmologies qui pratiquaient ces méthodes

Les méthodes de mesure que nous venons de décrire ont été pratiquées avec succès dans des cadres cosmologiques très divers — y compris des cadres où la Terre n'était pas considérée comme une sphère.

Les Babyloniens : une grande astronomie sans sphère terrestre

Les Babyloniens ont prédit les éclipses avec une précision remarquable, établi des tables des mouvements planétaires, défini le zodiaque. Or ils concevaient la Terre comme un disque plat, entouré d'un océan et recouvert d'une voûte céleste. Cette cosmologie ne les a pas empêchés de développer une astronomie mathématique sophistiquée.

C'est de cette tradition que nous héritons les 360 degrés, les 60 minutes, les 60 secondes — les briques fondamentales de toute notre géographie moderne.

Les Égyptiens : précision dans un cadre non sphérique

Les Égyptiens concevaient la Terre comme un rectangle plat. Cela ne les a pas empêchés de cartographier le ciel et d'orienter les pyramides de Gizeh avec une précision astronomique remarquable.

Homère, Hésiode et les présocratiques grecs

Dans les poèmes d'Homère et d'Hésiode, la Terre est un disque entouré d'un fleuve Océan. Les présocratiques ont développé des modèles variés :

• Thalès de Milet (vers 624-546 av. J.-C.) : la Terre est un disque plat flottant sur l'eau. Il utilisait le gnomon.
• Anaximandre (vers 610-546 av. J.-C.) : la Terre est un cylindre court. Il a tracé la première carte connue du monde.
• Anaximène (vers 586-526 av. J.-C.) : la Terre est plate comme une feuille, flottant sur l'air.
• Anaxagore (vers 500-428 av. J.-C.) : la Terre est plate. Mêmes observations de gnomons qu'Ératosthène, conclusion différente.

Ces philosophes pratiquaient l'astronomie et utilisaient le gnomon. Leur cosmologie non sphérique n'entravait en rien la qualité de leurs observations.

Le monde islamique classique : des instruments parfaits pour une astronomie géocentrique

Du VIIIᵉ au XIIIᵉ siècle, les savants du monde islamique ont perfectionné l'astrolabe, créé des observatoires, établi des tables astronomiques d'une précision remarquable. Leur cosmologie était géocentrique — mais cela n'affectait pas leur mesure des latitudes et longitudes.

Des figures comme al-Biruni (973-1048), qui a mesuré la circonférence de la Terre depuis un seul point, ou Ibn Battuta (1304-1368), qui a parcouru plus de 120 000 km en déterminant sa position par les étoiles, illustrent la puissance de ces méthodes indépendamment du modèle cosmologique.

06La récupération paradigmatique par le modèle du globe

Dicéarque : les premières latitudes sphériques

Le géographe grec Dicéarque de Messine (vers 350-285 av. J.-C.), disciple d'Aristote, a tracé les premières coordonnées géographiques dans un cadre sphérique. Il a tracé une ligne est-ouest à travers la Méditerranée et une ligne nord-sud passant par Rhodes.

Ce passage des latitudes observationnelles aux latitudes sphériques s'est fait dans le cadre d'un débat philosophique, pas d'une expérimentation directe.

Hipparque : le premier système de coordonnées lié au globe

Hipparque de Nicée (vers 190-120 av. J.-C.) est le premier à avoir systématiquement préconisé la détermination des latitudes et longitudes par des mesures astronomiques. Il a repris la division babylonienne en 360° de 60' et établi les premières tables trigonométriques.

Chez Hipparque, la latitude devient une grandeur angulaire liée à un modèle sphérique. Mais sa méthode de mesure reste identique à celle des anciens : la hauteur de Polaris ou du Soleil à midi.

Ptolémée et la codification finale

Claude Ptolémée (vers 90-168 ap. J.-C.) a codifié dans sa Géographie le système de coordonnées que nous utilisons encore aujourd'hui, répertoriant plus de 8 000 lieux avec leurs latitudes et longitudes.

C'est chez Ptolémée que la latitude devient formellement définie comme l'angle entre le plan de l'équateur et la droite reliant le centre de la Terre au point considéré. Cette définition — qui suppose un centre de la Terre — s'est ensuite imposée comme standard.

La distinction épistémologique fondamentale

À chaque étape, il est utile de distinguer quatre niveaux :

1. L'observation directe : mesurer la hauteur du Soleil ou de Polaris. C'est un fait physique.
2. L'interprétation géométrique : convertir cette hauteur en une valeur angulaire sur un axe nord-sud. C'est une abstraction, neutre par rapport à la forme de la Terre.
3. Le modèle cosmologique : relier cette valeur à la géométrie d'une sphère ayant un centre. C'est une interprétation dans un modèle particulier.
4. La déduction théorique non vérifiée : l'existence d'un centre de la Terre à 6 370 km. C'est une conséquence du modèle, jamais expérimentée.

La confusion entre ces quatre niveaux est à l'origine de nombreux malentendus dans les discussions sur la géographie et la cosmologie.

07La carte de Christopher et Gleason

Joseph Steer Christopher : le cartographe oublié

Au XIXᵉ siècle, dans l'Angleterre victorienne, Joseph Steer Christopher (1805, Dartmouth, Devon) a produit une carte du monde qui incarne les principes développés dans cet article. Marchand de formation, résident à Morden College à Blackheath, il a élaboré une projection cartographique centrée sur le pôle Nord.

Alexander Gleason : l'ingénieur de Buffalo

Alexander Gleason, ingénieur civil à Buffalo (New York), a republié la carte de Christopher en 1885 puis 1892, en y ajoutant deux bras indicateurs mobiles permettant de calculer l'heure solaire en tout point du monde. Cet ajout illustre directement le principe que la longitude est du temps solaire.

En 1890, Gleason a publié Is the Bible from Heaven? Is the Earth a Globe?, défendant sa carte comme une représentation observable du monde. Il a déposé un brevet (n° 497917) pour son instrument cartographique.

La carte comme restitution du fondement observationnel

La carte de Christopher-Gleason adopte une projection azimutale équidistante centrée sur le pôle Nord :

• Les parallèles de latitude sont des cercles concentriques autour du pôle Nord — correspondant directement aux cercles de même hauteur de Polaris.
• Les méridiens de longitude sont des lignes droites partant du pôle Nord — correspondant aux lignes de même heure solaire locale.

En ce sens, cette carte ne « invente » pas un système — elle représente le système de coordonnées observationnel originel, tel qu'il a été pratiqué pendant des millénaires avant que le modèle du globe n'en propose une réinterprétation géométrique.

08Conclusion

Au terme de ce parcours à travers les civilisations et les siècles, une vérité simple se dégage : les latitudes et les longitudes sont des coordonnées nées du ciel.

Elles sont nées quand les Babyloniens ont remarqué que le Soleil se déplaçait d'environ un degré par jour et ont divisé le ciel en 360 parts. Elles ont grandi quand les astronomes de toutes les civilisations ont planté des bâtons dans le sol et mesuré des ombres. Elles ont été affinées quand les navigateurs ont levé les yeux vers Polaris. Elles ont atteint leur précision moderne avec le sextant et le chronomètre.

À aucun moment dans cette longue histoire, la forme de la Terre n'a été une condition préalable à la mesure.

Le modèle du globe terrestre est venu, à partir de Dicéarque, Hipparque et Ptolémée, proposer une réinterprétation de ces coordonnées dans le cadre d'une géométrie sphérique. Il a redéfini la latitude comme un angle mesuré depuis le centre de la Terre — un point qui n'a jamais été atteint, jamais directement observé, et dont l'existence n'a jamais été vérifiée expérimentalement.

Lire le ciel avant le globe : c'est exactement ce que les hommes ont fait pendant des millénaires. C'est encore ce que fait tout navigateur qui lève les yeux vers les étoiles.

09Sources

• Tablette Mul Apin ; Otto Neugebauer, A History of Ancient Mathematical Astronomy (1975)
• Francesca Rochberg, travaux sur l'astronomie babylonienne
• Vitruve, De architectura, Livre IX
• Guillaume Cannat et René d'Hollander, études sur les instruments antiques de navigation
• Cléomède, Théorie élémentaire (IIᵉ siècle)
• R. d'Hollander, L'astrolabe nautique (1999) ; Alan Stimson, The Mariner's Astrolabe (1985)
• Diogène Laërce, Vies et doctrines des philosophes illustres
• Ptolémée, Géographie (IIᵉ siècle) ; Otto Neugebauer, The Exact Sciences in Antiquity (1952)
• George Saliba, Islamic Science and the Making of the European Renaissance (2007)
• Boston Rare Maps, notice de la carte de Gleason 1892 ; Digital Commonwealth, Leventhal Map Center, Boston Public Library
• Thomas Kuhn, La Structure des révolutions scientifiques (1962)
• Pierre Duhem, La Théorie physique, son objet, sa structure (1906)