Par Jason Parkhill, mars 2013
John Harrison était l’une des nombreuses personnes telles que Isaac Newton, Robert Hook et Edmond Halley qui ont vécu dans l’Angleterre du 17e au 18e siècle et ont apporté une contribution significative à la science et à l’ingénierie. Harrison a inventé le premier chronomètre de marine qui a permis aux navigateurs de navires à l’âge de la voile de fixer avec précision leur position de longitude (est-ouest). Ce développement a considérablement amélioré la sécurité et la précision des voyages longue distance par mer. Harrison développa et affina son chronomètre au fil des décennies et finit par réclamer le prix que le Parlement britannique avait établi dans le Longitude Act de 1714 pour encourager le développement d’un dispositif permettant de déterminer la longitude d’un navire en mer. Harrison fit tout cela sans bénéficier d’une éducation formelle ni d’un apprentissage d’horloger.
Sobel (2007) explique que, lorsqu’il est en mer, le navigateur d’un navire peut assez facilement dire où il se trouve au nord et au sud sur la Terre. Parce que l’équateur est fixe et que la terre se déplace de sorte que le soleil brille au-dessus de la tête selon un schéma défini entre les Tropiques du Cancer et du Capricorne, déterminer la latitude est une question assez simple d’observer la longueur du jour ou la hauteur du soleil ou certaines étoiles guides au-dessus de l’horizon. Le méridien de latitude zéro est verrouillé par les lois de la nature. La longitude, en revanche, ne l’est pas.
La Terre en rotation d’une sphère peut être divisée en 360 degrés de longitude. Comme il faut vingt-quatre heures à la Terre pour effectuer une révolution de 360 degrés, une heure équivaut à un vingt-quatrième de rotation ou à quinze degrés est ou ouest. Donc, dans un sens très significatif, la longitude est le temps relatif. Une réponse au problème était connue mais il n’y avait pas de technologie pour le résoudre. Ce problème apparemment insoluble de la détermination de la longitude pourrait être facilement résolu par deux montres-bracelets bon marché produites en série aujourd’hui. Pour déterminer la longitude, le navigateur du navire doit connaître l’heure à deux endroits simultanément. Il a besoin de connaître l’heure à son port d’attache et l’heure locale sur le navire. Chaque jour où l’heure locale de midi était déterminée sur le navire en observant que le soleil avait atteint son point culminant, le navigateur pouvait réinitialiser l’horloge locale à midi et la comparer à l’heure de l’autre horloge encore réglée à l’heure au port d’origine. Chaque différence horaire équivalait à quinze degrés de longitude parcourus. À l’équateur, quinze degrés sont égaux à mille milles et au nord et au sud de là, le kilométrage de chaque degré diminue à mesure que vous approchez des pôles. Mais comme la latitude est facile à déterminer, le navigateur a juste besoin de faire les calculs requis.
Avec un plus grand nombre de voiliers partant pour des expéditions d’exploration ou se déplaçant autour de trésors depuis des terres conquises ou pour déplacer des hommes et du matériel vers des terres à conquérir, l’impossibilité de déterminer avec précision et fiabilité où se trouvent les trésors était un problème sérieux. Les navires s’échouaient fréquemment lorsque leurs destinations prévues finissaient par être plus proches que prévu. Le 22 octobre 1707, près de la pointe sud de l’Angleterre, quatre navires de guerre britanniques de retour s’échouent tuant environ deux mille hommes en un seul incident.
La recherche d’une solution au problème de la longitude s’est déroulée sur quatre siècles et a impliqué des chefs d’État, des astronomes célèbres, des explorateurs renommés et d’autres intrigants. Le gouvernement britannique a créé le Board of Longitude en 1714 parce que:
« La Découverte de la Longitude a une telle conséquence pour la Grande-Bretagne pour la sécurité de la Marine et des Navires Marchands ainsi que pour l’amélioration du Commerce que, faute de cela, de nombreux Navires ont été retardés dans leurs voyages, et beaucoup ont perdu…” « pour la ou les personnes qui découvriront la Longitude” (« Histoire de la Longitude”, 2013).
Selon les termes du prix, on percevrait 20 000 £ pour déterminer la longitude, comme décrit par King dans Andrewes (1996) « à moins de 30 milles lors d’un voyage de l’Angleterre aux Antilles” (p. 168).
Même si la solution de l’horloge était connue, le problème a persisté jusqu’à l’ère des horloges à pendule. Sur le pont d’un navire en mouvement, ces horloges n’étaient absolument pas fiables. Le ralentirait ou accélérerait. Au fur et à mesure que le navire passait de climats plus chauds à climats plus froids, l’huile lubrifiante cruciale pour leur fonctionnement s’amincit et s’épaissit. Les pièces métalliques se dilateraient et se contracteraient avec les changements de température et même des variations mineures de la gravité terrestre les ravageraient. Ce qu’il fallait, c’était un autre type de technologie de chronométrage.
John Harrison est né en 1693 et a grandi à Barrow upon Humber, un village du north Lincolnshire dans l’est de l’Angleterre. Comme son père, il a été élevé pour être menuisier et c’est pourquoi ses premières montres étaient en bois. Il n’a reçu qu’une éducation de base mais a fait preuve d’un esprit curieux. Dans sa jeunesse, on lui prêta une copie de conférences notables sur la philosophie newtonienne dont il fit une copie personnelle. Il s’intéressait à la musique et dirigeait la chorale et devint sonneur de cloches à l’église de la Sainte Trinité de son village. La sonnerie de cloche l’a amené à s’intéresser à la théorie des oscillateurs en 1713 et c’est également l’année où il a fabriqué sa première horloge (Andrewes, 1996).
Entre 1713 et 1730, Harrison produisit huit horloges, mais il fut avant tout employé comme menuisier. À chaque nouvelle horloge en bois, il affine le mécanisme de remontage et modifie le mécanisme d’échappement pour réduire le recul et réduire les frottements. Ses horloges ont acquis une réputation et en 1722, Harrison a reçu une commande pour créer une horloge à tourelle pour un grand domaine voisin marquant une grande étape dans son ascension en tant qu’horloger.
Au cours de l’été 1730, à l’âge de 37 ans, Harrison se rendit à Londres pour obtenir du soutien pour sa proposition de fabriquer une horloge maritime. Au cours de ce voyage, Harrison a rencontré George Graham, un horloger de renom. Harrison a dit qu’ils ont débattu de sujets pendant des heures, comme indiqué dans Andrewes (1996):
wenous avons raisonné les cas, ou sur les principes, plus d’une fois; non, une fois, et cela d’une manière très extraordinaire, c’était à la toute première fois que je le voyais, et notre raisonnement, ou comme il était parfois en débat, (mais encore, comme dans l’ensemble, se comprenant très bien) se tenait alors d’environ dix heures de l’avant-midi, jusqu’à environ huit heures du soir (p. 182).
Harrison a écrit sur les résultats de sa première horloge de mer en 1730. Ce modèle appelé H1. Harrison a prédit que ce serait très précis « dans les navires, ils varieraient 4 ou 5 secondes par mois » (Andrewes, 1996, p. 196). H1 contenait de nombreuses innovations astucieuses pour stabiliser les mécanismes de chronométrage sur un navire à bascule mais après des tests en mer, les défauts révélés ne pouvaient être résolus que par la création d’une nouvelle horloge.
La deuxième horloge de mer de Harrison, H2, était clairement une version raffinée de sa première. Au lieu d’un cordon pour l’enroulement, il avait une clé et un arrêt sophistiqué pour éviter le remontage excessif. Il a introduit différents matériaux qui réagissaient différemment à la chaleur et au froid pour compenser les effets sur les ressorts et l’échappement. Le H2 a été achevé en 1739 mais n’a jamais été essayé en mer en raison des préoccupations des membres du Conseil des Longitudes concernant sa conception. Harrison avait également des doutes après avoir découvert lors d’une expérience que l’oscillation des équilibres de H2 pouvait être affectée par la force centrifuge.
Ce n’est qu’en 1757 que Harrison acheva H3. Plusieurs de ses partisans étaient morts à ce moment-là et la réputation qu’il avait acquise avec H1 s’estompait. Harrison n’a pas été en mesure d’obtenir un essai pour H3, mais c’est au cours des années 1750 que Harrison a pris une pause de ses horloges pour concevoir une montre de poche pour son usage personnel. C’est cette conception qui a fini par guider H4.
Selon Randall dans Andrewes (1996), la montre de poche a permis à Harrison « une nouvelle approche de l’ensemble du problème auquel il était confronté” (p. 236). Jusque—là, Harrison s’était concentré sur ce que la plupart des gens considéraient comme une horloge de longitude – un gros appareil stable pour un navire. Cela s’est avéré faire partie du problème. Le Conseil de Longitude a vu la très mobile et « montre en argent d’une beauté saisissante” (Quill 1966, p. 78) H4 pour la première fois le 18 juillet 1760 et l’année suivante, elle était prête à être testée. Harrison s’embarqua pour la Jamaïque le 18 novembre 1761. Alors qu’ils approchaient de la Jamaïque, Harrison a dit au capitaine un après-midi qu’ils repéreraient l’atterrissage le lendemain à 10h00. Ils l’ont repéré seulement 3 heures plus tôt que prévu. John Harrison avait atteint un demi-degré en traçant leur longitude. Il a fallu un deuxième procès de son fils William et de nouvelles querelles avec le Conseil d’administration, mais Harrison a reçu le prix en argent.
La vie de Harrison s’est déroulée dans des cours similaires à ceux décrits par Gardner dans Sternberg (1998), mais peut-être pas exactement tous les dix ans. Comme l’ont déclaré Policastro et Gardner dans Sternberg, Harrison a certainement généré « un travail créatif dans le contexte d’activités prolongées, significatives et intrinsèquement motivantes” (p. 215). Il est également facile de voir le processus décrit dans Ward et al. de la ”synthèse et fusion de concepts précédemment séparés comme étant cruciaux » (p. 202) au succès de Harrison avec H4 (combinant ses idées d’horloge de mer et de montre de poche).
Andrewes, W. J. H. (Éd.). (1996). The quest for longitude: the proceedings of the Longitude Symposium, Université Harvard, Cambridge, Massachusetts, 4-6 novembre 1993. Collection d’Instruments Scientifiques Historiques, Université Harvard.
Historique de la longitude. (s.d.). Dans Wikipedia. extrait le 2 février 2013 de
http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_longitude
Quill, H. (1966). John Harrison : L’homme qui a trouvé la longitude. John Baker.
Sobel, D. (2007). Longitude: L’histoire vraie d’un génie solitaire qui a résolu le plus grand problème scientifique de son temps. Walker & Société.
Sternberg, R. J. (1998). Manuel de créativité. Presse de l’Université de Cambridge.