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Le théodolite. Un outil high-tech sur les Alpes

Le théodolite a été essentiel à l’établissement de cartes topographiques. Cet outil lourd, volumineux et complexe exigeait beaucoup des ingénieurs et des porteurs, mais il les menait également dans des lieux isolés, d’une beauté à couper le souffle. Mais que fait exactement un théodolite ?

06.07.2020 | frf

Le tableau montre quatre personnes qui sont rassemblées autour d'un feu de camp en terrain montagneux. À l'arrière-plan, deux hommes se tiennent derrière un théodolite dans la brume.
Raphael Ritz, "Ingenieure im Nebel", 1870 (Kunsthaus Zürich, héritage du peintre Rudolf Holzhalb, 1886 / "Sandstein", Wikimedia)

En 1870, l’artiste valaisan Raphael Ritz a peint un tableau à l’atmosphère particulière. Il montre six personnes s’affairant à diverses activités dans un nébuleux paysage rocheux. Un groupe d’hommes se rassemble autour d’un feu afin de se réchauffer et de préparer leur repas. En arrière-plan, deux vagues silhouettes se tiennent autour d’un instrument qui, au premier abord, ressemble à un télescope posé sur un trépied. Elles observent la météo et attendent que la vue se dégage. Les Ingénieurs sur la montagne, comme se nomme l'œuvre de Ritz, attendent pour mesurer les montagnes suisses.

Cet instrument est le fameux théodolite, qui permet la mesure d’angles horizontaux et verticaux. Bien que, dans le tableau, il se fonde presque dans la mer de brouillard, il en est le protagoniste principal : sans théodolite, les six hommes ne seraient pas là ; leur randonnée montagnarde est liée aux besoins de cet instrument.

Rôle et fonctionnement du théodolite

Les théodolites ont été essentiels à l’établissement de cartes topographiques et ils ont également servis lors de travaux de construction. Tel fut particulièrement le cas pour la construction du tunnel du Gothard (1872-1882), où les instruments de mesure ont contribué à la réussite du perçage de la galerie. Mais que fait exactement un théodolite ?

Le principe du théodolite est abstrait, mais en même temps caractérisé par une simplicité fascinante. Il s’oriente en fonction des lois de mesure des triangles (trigonométrie). Si la longueur d’un côté et deux angles d’un triangle sont connus, les deux côtés et l’angle restants peuvent être calculés précisément. Grâce au théodolite, ces mesures ont pu être effectuées à l’extérieur, et pas seulement sur papier, au chaud dans un bureau.

Dans une triangulation idéale, les ingénieurs et leurs assistants mesuraient d’abord une distance imaginaire (ligne de base) sur un terrain plat avec la plus grande précision possible. De cette façon, un côté et deux angles d’un triangle invisible pouvaient être exactement connus. En Suisse, les mesures de base du Grand-Marais et de Sihlfeld (les deux en 1834) ont été de la plus haute importance.

Le théodolite a servi après les mesures de base. En s’installant à la verticale au-dessus d’un des deux bouts de la ligne de base, les ingénieurs dirigeaient la visée télescopique de l’outil sur un point qu’ils avaient choisi comme troisième angle du triangle. Ce point devait être bien visible, mais ne pas se trouver trop près. C’est pourquoi les sommets, clochers et autres éléments marquants du paysage ont souvent été choisis comme point cible.

Sur le disque circulaire du théodolite, les ingénieurs lisaient les deux angles d’azimut qui connectaient le troisième angle avec les deux bouts de la ligne de base. Un triangle avec des longueurs de côtés et des angles entièrement connus s’étendait désormais de façon invisible dans le paysage.

Les côtés et les angles d’un triangle pouvaient être utilisés comme point de départ pour la mesure d’un autre triangle. Chaque triangle en rejoignait ainsi d’autres, recouvrant ainsi progressivement des régions, des pays et même des continents d’un réseau de points dont la localisation était connue.

Il convient de souligner que les triangulations historiques divergeaient souvent du déroulement idéal décrit ici. Les angles entre les points marquants du paysage ont souvent été mesurés sans avoir recours à une ligne de base. Au lieu de cela, les géodésiens se basaient sur d’anciennes lignes de base déjà connues ou reliées à un réseau de triangles étranger.

Une carte montre la Suisse, qui est couverte par un réseau triangulaire à grosses mailles.
La Triangulation primordiale (1837)

En haute altitude

Les angles du triangle de mesure se situaient souvent sur des sommets isolés et à haute altitude. Par conséquent, la randonnée qui accompagnait la mesure d’angle était pleine de privations, comme en témoigne le tableau de Ritz.

Étant donné qu’un théodolite pouvait peser plusieurs centaines de kilos avec ses accessoires, il devait être démonté pour le transport et remonté sur le lieu d’utilisation. Ces « travaux de menuiserie », comme les nommait en 1863 un ingénieur-géomètre forestier manifestement excédé, prenaient plus de temps que la mesure d’angle elle-même. Des porteurs accompagnaient les géomètres pour transporter le précieux instrument jusqu’aux lieux d’utilisation souvent aventureux sur les sommets des montagnes, les glaciers et les pentes raides. Une fois sur place, tout dépendait du contact visuel avec les points voisins, pouvant même être éloignés de 60 kilomètres. Le mauvais temps entraînait souvent une longue attente dans des conditions peu confortables.

En 1878, Walter Senn, biographe de Dufour, décrivait de manière impressionnante les pénibles travaux de mesure dans des régions difficilement accessibles :

Afin de pouvoir apprécier les difficultés colossales [...], il faut d’abord considérer qu’il a avant tout fallu arpenter tout le pays dans les moindres détails, jusqu’aux coins les plus reculés et sur les plus hauts glaciers ; personne [...] qui n’a pas déjà erré des jours durant, gelant dans le brouillard et la pluie des hauteurs inhospitalières, loin de tout être humain et exposé à la mort à chaque faux-pas [...] ne peut s’imaginer l’énorme labeur que représente la nature montagneuse de notre pays (traduction de la citation selon Gugerli/Speich, 171).

 

Senn se référait ici à la « Triangulation primordiale », dont des géodésiens ont recouvert la Suisse jusqu’en 1837 grâce à un vaste réseau de triangles de points localisés. La Triangulation primordiale constituait la base sur laquelle la Cartes topographique de la Suisse (carte Dufour) a été établie.

L’homme et l’outil, « intimement liés »

Dans les conditions difficiles des « hauteurs inhospitalières » que Senn a décrites, les ingénieurs-géomètres devaient manipuler le théodolite avec la plus grande concentration : il n’était un outil de mesure ultra précis que si les gens l’utilisaient correctement comme tel. Le Professeur à l’EPF Fritz Baeschlin (1881-1961) a souligné que le théodolite était « l’instrument le plus important du technicien de mesure ». Celui-ci devait donc « être intime avec son utilisation, en théorie et en pratique ».

Démonter, transporter, remonter, installer, viser, tourner, regarder au travers, lire l’angle, démonter, transporter. Les nombreuses étapes nécessaires pour travailler avec un théodolite étaient aussi la source de beaucoup d’erreurs. Seul un groupe d’ingénieurs et de porteurs travaillant de manière minutieuse et concentrée pouvait obtenir des résultats satisfaisants avec cet outil de précision. Lors de mesures d’angle, l’homme et l’instrument ne faisaient plus qu’un.

Cet outil lourd, volumineux et complexe exigeait beaucoup des ingénieurs et des porteurs, mais il les menait également dans des lieux isolés, d’une beauté à couper le souffle. Finalement, le théodolite a permis la triangulation de larges espaces. Il ne s’est donc pas contenté d’être le protagoniste secret de la peinture de Ritz, mais a également joué un rôle central dans la cartographie de la Suisse.

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