Un sextant numérique? Non, un DC-sextant!

La présente activité a pour but de fabriquer un véritable sextant à partir d'un disque compact usagé et de son boîtier. Le texte qui suit, concernant la fabrication du sextant, est une traduction libre d'un texte intitulé « The CD-Sextant » d'Omar Reis. Le texte original de cette activité se trouve à l'adresse suivante : http://www.tecepe.com.br/nav/CDSextantProject.htm. La fabrication de ce sextant n'a cependant pas pu être testée.

Fabriquer son propre sextant

Parmi les obstacles à l'apprentissage et à la pratique de la navigation céleste se trouvent le prix et la disponibilité des sextants. Même les modèles les plus simples en plastique coûtent entre 50 et 150 US$ et peuvent être trouvés uniquement dans quelques magasins spécialisés, dans les grands centres. Ceci éloigne plusieurs personnes intéressées de la navigation céleste.

C'est pourquoi Omar Reis a publié il y a quelque temps le « X-tant Project », un concept d'octant à faire soi-même. Bien que la fabrication de l'octant soit peu coûteuse, elle requiert des outils électriques, certains matériaux difficiles à trouver et un travail considérable.

Il a donc décidé de concevoir un sextant encore plus simple, qu'il a appelé le DC-sextant. Ce petit instrument est construit en utilisant un disque compact et son boîtier. Comme pour le X-Tant Project, il a utilisé quelques blocs Lego et des miroirs de verre. Aucun outil électrique n'est nécessaire pour fabriquer un DC-sextant. C'est un bon projet scientifique.

Le DC-sextant (assemblé et composantes)

Le matériel nécessaire est le suivant :

Matériel

• Un disque compact avec son boîtier
• Une feuille autocollante imprimable (pleine page, sans découpes d'étiquettes) pour imprimante laser ou à jets d'encre
• 2 petits miroirs de verre (40 mm x 22 mm x 3 mm d'épaisseur)
• Blocs Lego
• 1 bloc de 2x4
• 2 plaques de 2x1
• 1 bloc de 2x2
• 1 plaque de 2x2
• Quelques blocs supplémentaires pour le support à filtre (selon le concept)
• Colle au cyanoacrylate de méthyle (style Krazy Glue)
• Couteau utilitaire (style X-Acto)
• Règle
• Ciseaux

Le concept profite de la précision dimensionnelle du disque compact et des blocs Lego. Le bras du sextant est le DC lui-même et son bâti est le boîtier. L'angle est modifié en tournant le DC.

Naturellement, le petit rayon du DC limite la précision de l'instrument comparativement à des sextants plus gros, mais elle est suffisante pour la pratique de la navigation céleste. Parce que l'instrument est aussi petit, un soin particulier doit être pris à chaque étape (découpage, collage, etc.) pour obtenir la meilleure précision possible.

Le DC-sextant est non seulement utile à la navigation céleste, mais aussi à la navigation côtière, en utilisant de simples relations trigonométriques. De plus, il est étonnamment solide (il peut être échappé quelques fois, avec des pièces volant dans toutes les directions, et toujours fonctionner).

Imprimer l'échelle

L'échelle de graduation est la composante du sextant la plus difficile à fabriquer en utilisant les techniques traditionnelles. Heureusement, la plupart d'entre nous a un équipement d'impression précis sur son bureau : une imprimante laser ou à jets d'encre. Ces machines peuvent imprimer 300 points par pouce (1200 pour les imprimantes laser), avec assez de précision pour imprimer l'échelle de graduation d'un sextant.

1. Pour imprimer l'échelle du DC-sextant, exécuter le logiciel et sélectionner la case à cocher « CD-Sextant ».
2. Le DC-sextant est un sextant à vernier. Dans le cas du DC-sextant, le petit rayon de l'échelle de graduation rend impossible la division des degrés de l'échelle en plus petites divisions. Régler la propriété « div/degree » à 1. Ceci donnera une échelle avec des divisions seulement pour les degrés entiers et un vernier de 60'.
3. Sélectionner la police de caractères. Utiliser la taille 7.
4. Cliquer sur le bouton « Print scale » pour imprimer l'échelle sur la feuille autocollante.
5. Après l'impression, découper le tour de l'échelle avec précision. Ne pas couper le trou central du DC tout de suite.

Coller l'échelle

Coller l'échelle constitue une opération critique. Si l'échelle n'est pas parfaitement centrée lorsqu'elle est collée, il faudra probablement enlever en morceaux et en imprimer une nouvelle. On peut procéder comme ceci :

1. Soulever un bord de la feuille protectrice du collant, sur la partie de l'échelle.
2. Couper le bord de la feuille protectrice pour exposer une petite partie de la surface adhésive.



3. Positionner l'échelle sur le DC (utiliser la face des données) en s'assurant que l'échelle est parfaitement centrée. Regarder à la lumière si l'échelle est centrée sur le trou central du DC. Tenir le DC et l'échelle imprimée avec les deux mains en s'assurant que l'échelle ne dépasse du DC nulle part.



4. Une fois l'échelle centrée, presser la surface adhésive exposée sur le DC pour la coller. L'échelle sera ainsi fixée au DC dans la bonne position.
5. Retirer le reste du papier protecteur et coller soigneusement l'échelle, en travaillant dans une seule direction pour éviter la formation de bulles et de plis. À la fin, l'échelle doit être centrée et adhérer à la surface du DC parfaitement.
6. Utiliser le couteau utilitaire pour percer l'adhésif au centre du DC.

Conserver le vernier imprimé pour plus tard. Ce sera la dernière composante à être installée, après que les miroirs aient été positionnés.

Miroirs

On utilise deux miroirs de verre de mêmes dimensions (40 mm x 22 mm, 3 mm d'épaisseur). N'importe quelle verrerie pourra les tailler. L'un des miroirs doit être réfléchissant uniquement sur la moitié de sa surface. Il faut donc enlever la moitié du revêtement réfléchissant au dos d'un des miroirs. Pour ce faire on utilise le couteau utilitaire.

Premièrement, faire une coupe longitudinale nette au milieu du miroir, à l'endos. Gratter ensuite la moitié de la couche protectrice époxy au dos du miroir, avec la lame inclinée. Le revêtement époxy est un matériau dur, mais il s'enlèvera avec de la patience.

On doit y aller doucement et n'utiliser aucun matériau abrasif ou la pointe de la lame pour éviter d'égratigner le verre. Une fois que la couche protectrice est enlevée, la couche d'argent est facile à enlever en la frottant avec un chiffon humide ou une éponge d'acier mince (celles utilisées pour laver les fenêtres). À la fin, le verre doit être clair et sans marques (voir la photo ci-dessous).

Supports des miroirs

Des blocs Lego sont utilisés comme supports pour les miroirs. Ils possèdent une bonne précision dimensionnelle et garantiront un angle droit presque parfait entre les miroirs et les morceaux du DC. Ils permettront aussi au sextant d'être assemblé, démonté ou ajusté, et de remplacer des pièces si nécessaire.

Bien sûr, d'autres matériaux peuvent être utilisés si des blocs Lego ne sont pas disponibles. On doit alors d'utiliser des objets dimensionnellement précis pour fabriquer les supports des miroirs à angle droit.

Fixer les miroirs

Miroir central :

1. En travaillant sur une surface plane, fixer l'endos du miroir central (le miroir complètement réfléchissant) à un bloc Lego de 2x4. S'assurer que le miroir est bien perpendiculaire à la surface plane.



2. Assembler le bloc de 2x4 sur deux plaques de 2x1 (les pièces grises sur la photo ci-dessous). L'espace entre les plaques se trouvera au-dessus du trou central du DC.



3. Fixer le montage du miroir au DC. Quelques points à vérifier ici :
• Aligner le côté long du bloc Lego avec la ligne de 180° de l'échelle. De cette façon, la surface réfléchissante du miroir (c'est-à-dire la surface arrière du miroir) se trouvera au-dessus du centre du DC.
• Prendre soin de bien positionner les plaques Lego. Elles seront très proches du trou central du DC. Ne pas les laisser empiéter sur celui-ci.

Miroir du boîtier du DC (demi réfléchissant) :

On utilise un bloc Lego de 2x2 monté sur une plaque de 2x2 pour maintenir le miroir du boîtier du DC. Enlever les quatre tenons du bloc pour qu'ils ne soient pas visibles à travers la partie transparente du miroir.

1. En travaillant sur une surface plane, fixer le miroir à demi réfléchissant sur le bloc Lego de 2x2. S'assurer que le miroir est bien perpendiculaire à la surface plane.



2. Assembler le bloc du miroir du boîtier à la plaque de 2x2.
3. Positionner et fixer cet assemblage dans le coin du boîtier du DC. S'assurer que :
• Le DC est positionné plus ou moins de la façon illustrée ci-dessous pour qu'il y ait suffisamment d'espace pour positionner le vernier dans le coin opposé du boîtier par la suite.


Montage du DC sextant

• Le miroir à demi réfléchissant est parallèle au miroir central. Le positionner visuellement.
4. Fixer l'assemblage au boîtier du DC.

Coller le vernier

À ce point, le DC-sextant est presque terminé. On doit maintenant coller le vernier à la position 0° :

1. Découper le vernier en une forme triangulaire pour qu'il prenne place dans le coin du boîtier. On peut coller le vernier sur un autre morceau de papier adhésif afin de rendre le papier du vernier plus épais. C'est important, car le bord du vernier ne sera pas supporté.
2. Ajuster les miroirs (voir la section Ajuster les miroirs ci-dessous).
3. Tourner le DC jusqu'à ce que les miroirs soient parallèles.
4. Tenir l'instrument en position d'observation en regardant à travers le miroir à demi réfléchissant et en se concentrant sur un objet éloigné. Tourner le DC lentement jusqu'à ce que l'image réfléchie et l'image directe coïncident. Ceci doit être le zéro de l'instrument.
5. Sans déplacer le DC, placer et coller soigneusement le vernier au boîtier afin de lire 0°00'. Cela signifie que la graduation A du vernier doit coïncider avec la ligne de 0° de l'échelle. À l'autre bout du vernier, la ligne de 60' doit coïncider avec la ligne de 59° de l'échelle.

S'assurer que le vernier et la graduation du DC sont très rapprochés. Le vernier sera probablement plus haut que la graduation du DC et il faudra peut-être le plier légèrement vers le bas.

Filtres

On peut utiliser des négatifs sombres de film photographique 35 mm comme filtres pour le Soleil et la Lune (il y en a un à la fin de chaque rouleau de pellicule). Les négatifs ont été montés dans des cadres de diapositives. On utilise deux couches de film sombre pour le Soleil, et une seule couche pour la Lune. Les deux cadres de diapositive peuvent être enlevés et sont attachés à l'instrument en utilisant des pièces de Lego. On a coupé légèrement le bas du cadre pour le rendre plus mince. La fenêtre du cadre de diapositive doit couvrir le « tube » imaginaire formé par les bords du miroir.

Dans l'image ci-dessous, on a trois supports de filtre différents.

Le filtre doit être positionné entre les deux miroirs et sa surface doit être perpendiculaire à la ligne reliant le centre des deux miroirs. Ceci évite d'introduire une erreur de réfraction.

On doit essayer de placer le centre du filtre sur la ligne reliant le centre des deux miroirs. L'observation du Soleil est faite en regardant à travers le miroir à demi réfléchissant sous le filtre.

Ajuster les miroirs

Par soucis de simplicité, le DC-sextant n'est pas équipé de vis pour ajuster les miroirs. Les miroirs peuvent cependant être ajustés en insérant de petits morceaux de papier adhésif entre la bloc Lego et les plaques (ou en sablant le bloc) aux endroits nécessaires.

Premièrement, vérifier l'angle du miroir central. Quand on regarde dans ce miroir, la réflexion du bord du DC doit être parfaitement alignée avec le bord qu'on voit de chaque côté du miroir (flèches vertes sur la figure). Ce doit être vrai pour toutes les directions.

Ajustement du miroir central

Le miroir à demi réfléchissant peut être ajusté en mettant l'instrument à 0°00' en visant un objet distant et en s'assurant que l'image directe et l'image réfléchie concordent.

Après ces ajustements initiaux, les blocs Lego maintiendront l'ajustement de façon surprenante, même après avoir été désassemblées.

Touches finales

Coller une pièce de Lego ronde de 1x1 à la surface du DC pour faire un bouton pour tourner le DC (pièce bleue).

Vue du Soleil avec le DC-sextant

Le DC peut être difficile à tourner. Dans ce cas, frotter la bordure du trou central du DC avec un crayon de plomb. Le graphite est un bon lubrifiant et rendra la rotation du DC plus facile. C'est important pour les ajustements fins.

Bibliographie

BOWDITCH, Nathaniel. The American Practical Navigator. ISBN 0781220211-1, 1200 p.

Prendre une mesure

Avant de tenter de déterminer la latitude de l'endroit où on se trouve, il est préférable de se pratiquer en effectuant des mesures d'élévation du Soleil en plein jour. Pour faire une mesure, on tient le sextant verticalement, la surface du miroir à demi réfléchissant face à soi tout en faisant face au Soleil. Il faut voir l'horizon dans la partie transparente du miroir à demi réfléchissant. On tourne ensuite le DC jusqu'à ce qu'on voit apparaître le Soleil dans la partie réfléchissante du miroir d'horizon. Il ne faut surtout pas oublier de placer un filtre adéquat dans le sextant avant de regarder le Soleil. On continue ensuite de tourner tranquillement le DC jusqu'à ce que le Soleil soit centré en hauteur par rapport à la ligne d'horizon. On peut alors lire le résultat de la mesure.

Lorsqu'on se sente d'attaque, on peut ensuite tenter de mesurer sa latitude. Pour ce faire, on doit d'abord attendre que le Soleil soit couché et identifier l'étoile Polaire. La carte ci-dessous devrait aider à la localiser. Pour trouver l'étoile Polaire facilement, il faut tout d'abord identifier la Grande Ourse, qu'on trouve vers le nord et qui prend la forme d'une casserole. En suivant la direction indiquée par les deux étoiles-guides (indiquées par les flèches vertes ci-dessous), on trouve l'étoile Polaire. On peut alors mesurer l'élévation de cette étoile et ainsi déterminer sa latitude. Il est possible de vérifier sa mesure à l'aide de ce site : http://www.heavens-above.com/selecttown.asp?CountryID=CA.

Le sextant
Objectif terminal 1.2
Expériences et démonstrations