Phare
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Un phare est un système de signalisation employé, soit dans le domaine maritime (phare maritime), soit dans le domaine aéronautique (phare aéronautique).
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Le système de signalisation maritime est constitué d'un puissant système d'éclairage placé généralement en haut d'une tour. Ces phares maritimes sont généralement placés près de la côte. Ils permettent aux navires de repérer la position des zones dangereuses se trouvant près des côtes, ainsi que les ports maritimes. Ils sont de moins en moins utiles étant remplacés par les moyens électroniques de géolocalisation, mais ils gardent toutefois un grand intérêt puisqu'ils ne nécessitent pas de matériel de navigation sophistiqué. Cet intérêt est également patrimonial, architectural et parfois touristique.
Pour l'administration française, un phare est un établissement de signalisation maritime sur support fixe répondant au moins à deux critères parmi les quatre ci-dessous :
Par définition contraire, les feux sont les autres établissements de signalisation, c'est-à-dire ceux ne remplissant pas pleinement au moins deux des critères ci-dessus énumérés.
Le mot « phare » vient du mot latin pharus, lui-même dérivé du grec φάρος / pháros, du nom de l'île où se trouvait le phare d'Alexandrie[1]. Il est donc un onomastisme nominal. Cette origine est conservée dans beaucoup de langues, comme dans l'italien faro, l'espagnol (également faro) et le portugais farol. Cependant, certaines langues comme l'anglais lighthouse l'allemand Leuchtturm, le néerlandais Vuurtoren, le danois et le norvégien fyrtårn, le russe Маяк ou le tchèque Majàk ont préféré créer un nom composé expliquant clairement la fonction du phare.
Le terme pharologie (en) (étude scientifique des phares et signaux lumineux) a la même étymologie.
Avec la généralisation de la navigation de nuit, les phares maritimes ont été le premier moyen pour les navires de repérer les zones dangereuses et les ports. Aujourd'hui, avec les systèmes de positionnement modernes, leur utilisation se raréfie. Ainsi, il n'y a que 1 500 phares maritimes encore en service dans le monde.
Les premiers phares maritimes sont apparus dans l'Antiquité avec le développement de la marine. Il s'agit généralement de simples feux de bois placés sur des hauteurs ou des tours. Ces tours à feu sont attestés chez les Grecs et les Romains, et peut-être déjà chez les Puniques, voire les Minoens. Tout comme les amers naturels (montagnes, volcans, clochers, etc.), les phares antiques servent avant tout, la nuit, pour assurer la sécurité des voies maritimes, signaler la côte et plus généralement l'entrée d'un port.
Au Moyen Âge, la navigation se fait essentiellement le jour en se repérant grâce aux amers. Au XIIIe siècle, l'émergence de cités portuaires puissantes s'accompagne de la création de nouvelles tours à feu. Des foyers sont aménagés aux sommets d’édifices militaires (telle la tour de Constance) ou religieux, et sont entretenus avec du bois, du charbon, de la tourbe ou de l'huile. Les seigneurs accordent aux militaires ou religieux qui placent un fanal au sommet d'une tour des droits en compensation de l'entretien de ce feu, notamment le droit de bris[2].
Six phares jalonnent la côte française à la fin du XVIIe siècle, 15 en 1770, année où l'allumage se fait encore par un feu de bois sur la plateforme. C'est coûteux et incommode (on utilise jusqu'à 700 kilogrammes de bois par nuit sur le phare de Chassiron à Oléron[3]), on ne l'allume donc pas toutes les nuits. Le plus souvent, ils ne sont allumés qu'à l'approche d'un navire. Cette année-là, la Compagnie Tourville-Sangrain, qui vient d'obtenir la concession des phares, installe la première lampe à huile munie d'un réflecteur sur le phare de Sète. Ce procédé, moins onéreux, se répand rapidement (phare de Saint-Mathieu…). On compte 15 phares l'utilisant en 1775. Les phares sont munis d'un réflecteur en cuivre argenté. La portée du phare de Planier (Marseille) atteint 28 kilomètres par beau temps.
Les lampes à huile étant peu puissantes, on multiplie les mèches, mais le résultat est décevant (en 1782, le phare de Cordouan est muni de 84 mèches). Joseph Teulère apporte les améliorations proposées par Borda, les mèches deviennent circulaires et creuses, une invention du Genevois Ami Argand (1784). Un mécanisme d'horlogerie entraînant le système optique pour réaliser un phare à éclat est utilisé pour la première fois au phare de Dieppe en 1787. En 1791, le phare de Cordouan est équipé de 12 miroirs paraboliques de 81 centimètres construit par Étienne Le Noir sur les indications de Borda d'après le mémoire de Joseph Teulère de 1783. C'est le plus puissant du monde.
En 1792, les phares et balises sont nationalisés[Où ?] mais restent affermés à la Compagnie Tourville-Sangrain. En 1811, les phares passent du Ministère de la marine au Ministère de l'intérieur. À la suite des nombreux problèmes rencontrés, une Commission permanente est créée pour analyser la question. En 1813, c'est l'arrivée de François Arago qui succède à Malus, décédé. Fort occupé et devant les nombreuses plaintes, il s'adjoint un collaborateur : Augustin Fresnel. À eux deux, ils amélioreront la puissance des lampes à huile en munissant les becs de mèches concentriques alimentées par de l'huile sous pression (suivant les traces de Benjamin Rumford, Bertrand Guillaume Carcel et Wagner). Les plus puissantes consommeront jusqu'à 750 grammes d'huile à l'heure.
Fresnel pense que des lentilles sont plus adaptées que des miroirs pour concentrer la lumière. Cependant, des lentilles simples de grands diamètres et de courtes distances focales auraient un poids excessif, seraient peu lumineuses et poseraient des problèmes de dispersion des couleurs. D'où l'idée de lentilles à échelons. L'idée n'est pas neuve, Buffon y avait déjà pensé pour concentrer les rayons du Soleil, mais c'est Fresnel, aidé de l'opticien Jean-Baptiste Soleil qui s'attache à leur construction pratique. La lumière émise par la lampe à l'horizontale est concentrée et la lumière émise en haut et en bas est rabattue vers l'horizon par des miroirs. Testé à Paris en (monté sur l'Arc de triomphe de l'Étoile, alors en construction, on peut observer la lumière à 32 kilomètres de là, à Notre-Dame de Montmélian dans la commune de Saint-Witz). Le système est installé le au phare de Cordouan. Les marins sont enthousiastes et, fort de ce succès, un programme général d'éclairage des côtes françaises est lancé. Ainsi, 28 phares de premier ordre (60 km de portée, tel les Héaux de Bréhat, premier grand phare réalisé sur des écueils), 5 de second ordre (40 km) et 18 du troisième ordre (28 km), plus quelques autres sont construits. En 1843, les miroirs destinés à rabattre la lumière (difficiles à fabriquer et qui s'encrassent facilement) sont remplacés par des prismes annulaires. En 1850, il y a 58 phares sur les côtes françaises : les tours sont de forme circulaire, réduisant la prise au vent pour les plus hautes, ou de forme carrée pour les phares peu élevés. Le nombre de naufrages décroit fortement (en France, il passe de 161 par an à 39 entre 1816 et 1831). À la même époque, on compte 126 phares au Royaume-Uni et 138 aux États-Unis. La plupart sont équipés de lentilles de Fresnel [4].
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Entre 1824 et 1826, Fresnel réalisa des expériences sur des gaz d'huile produits par distillation d'huile de baleine, d'huile de colza et d'huile factice, en vue de les appliquer à l'illumination des phares[5]. Cependant rien n'indique qu'ils seront mis en œuvre avant ou après sa mort en 1827.
On utilisa dans les phares un gaz obtenu à partir de la distillation de goudron ou de résidus de pétrole qu'on appela gaz d'huile mais aussi gaz Pintsch. Le gaz Blau, mis en œuvre vers 1890 est une amélioration du gaz Pintsch.
Le gaz Pintsch, diffusé vers 1880 en France par la Société internationale d’Éclairage par le Gaz d'Huile (SIEGH) permettra la mise en place du premier réseau de balisage flottant. Différentes usines à gaz seront installées sur le littoral, à Honfleur, Dunkerque, Royan, Saint-Nazaire, Granville et Brest. Les phares suivants en seront équipés[6] :
Seront également mis en œuvre les gaz suivants[6] :
L'électricité (Des lampes à arc et ensuite des lampes à incandescence) remplacera le gaz d'éclairage dans les phares à partir de 1863 mais surtout à partir de 1920[6]
L'arrivée du pétrole, dont la première qualité est une très grande fluidité, donne aux phares maritimes une puissance encore inconnue, d'abord avec des brûleurs à mèches concentriques à la fin des années 1850[8], puis avec des systèmes à pression munis du bec Auer et du manchon à incandescence.
Les brûleurs étaient au départ à flamme nue (1885) puis se transformèrent par l'arrivée du manchon à incandescence de Carl Auer von Welsbach (vers 1895) qui équipera tous les systèmes éclairants. Les brûleurs, que l'on croise encore, correspondent à des fabrications développées vers 1900[6].
La nature ponctuelle, très puissante et très blanche de la lumière à incandescence s'allie au mieux aux procédés de concentration de la lumière de la lentille de Fresnel[9]. Cette évolution est exactement parallèle à celle des lampes à pétrole et des lampes à pression d'usage domestique. L'éclairage à pétrole se maintient jusqu'à la période récente de l'électrification.`
L'électrification des phares commence en Angleterre : en , le phare de South Foreland est électrifié à titre expérimental. L'essai étant concluant, le phare de Dungeness est le premier à être définitivement électrifié, en [10]. L'ingénieur français Léonce Reynaud, qui a visité le phare de South Foreland, travaille pour appliquer cette nouvelle technologie aux édifices des phares et balises. Ainsi, les phares sud, puis nord de la Hève sont électrifiés, le et le [10].
Malgré les avantages de l'électricité en matière de performances, l'électrification ne se fait pas massivement, surtout pour des raisons de coût : les phares électriques nécessitent alors d'importantes installations[10]. Chaque phare doit en effet produire sa propre électricité, avec des moteurs à vapeur entraînant des alternateurs, ce qui requiert donc des réserves de carburant, d'eau, des installations de contrôle, etc. ; de plus, les faibles performances de ces premières machineries et le manque de spécialistes handicapaient ce nouveau concept d'éclairage. En Angleterre, seuls six phares sont électrifiés dans les années 1860-1890, et trois phares, dont les deux pionniers, reviennent à des modes d'éclairage classiques[11]. La France choisit d'électrifier plusieurs phares, comme le phare du cap Gris-Nez, le phare du Touquet, le phare des Baleines, le phare de La Palmyre, le phare de Planier ; ce choix lui permet de prendre une avance technique et industrielle, et lui vaut de vendre des machineries de phares dans toute l'Europe, et parfois au-delà[Note 1],[11].
En France, le , le directeur des phares et balises Émile Allard, propose dans un rapport qu'une ceinture de feux électriques soit créée sur les côtes françaises. Ce sera l'ingénieur Léon Bourdelles qui aura la tâche de moderniser les phares français, en les électrifiant, en y adjoignant une optique compatible et souvent en les rehaussant de manière à profiter pleinement de leur nouvelle puissance. Le coût d'électrification d'un phare était alors de 125 000 francs de l'époque, le budget total alloué par l'État fut d'environ 6 millions[12]. En cours de projet, des études permettent de constater que les routes de navigation ont changé, faisant perdre de leur importance à une partie des anciens phares. La modification de ceux-ci sera abandonnée, et les crédits concentrés sur les phares d'atterrissage principaux, réduisant de quarante-deux à treize les sites à moderniser[12]. Dans le même temps, l'arrivée du gaz de pétrole, les améliorations de l'ancien système d'éclairage et son faible coût comparé à sa modernisation concurrencent sérieusement l'électrification.
Ainsi seuls une vingtaine de phares sont électriques dans le monde en 1885, dont huit en France, quatre en Grande-Bretagne, trois en Russie, les rares autres à Suez, en Australie, au Brésil, en Italie et au Portugal[13]. En 1895, ils sont une trentaine, dont douze en France (et douze autres, vendus par la France dans le monde). Les différents pays du globe ne se pressent pas. Les États-Unis et la Norvège allument leur premier phare électrique en 1898. L'Allemagne, les Pays-Bas et la France ne modifieront en masse leurs phares qu'à la fin des années 1920[13].
L'amélioration en fiabilité et en puissance des moyens de production d'électricité, le raccordement de certains phares aux réseaux nationaux, ainsi que le remplacement des lampes à arc par des lampes à incandescence au début du XXe siècle, permet à l'électricité de prendre le monopole[13].
Le problème des phares en mer, difficiles d'accès, pousse les services des phares à chercher un système automatique. Les systèmes d'éclairages au gaz de houille semblent un temps permettre le fonctionnement d'un feu en continu ; en France, en 1881, des tourelles en sont équipés à Boulogne et à Marseille, mais cette méthode est finalement abandonnée pour des raisons de coût[14]. En Grande-Bretagne, Suède et Finlande, ce sont les phares au gaz de pétrole qui permettent de se passer de gardiens. D'autres gaz, comme l’acétylène, sont essayés, et des mécanismes sont conçus et testés. En France, en 1893, le feu de la tourelle des Morées (dans l'estuaire de la Loire) fonctionne jour et nuit pendant plus de 150 jours, sans intervention humaine[15].
Les difficultés sont pourtant nombreuses ; les brûleurs doivent être entretenus régulièrement pour conserver une bonne intensité, les mécanismes de rotation des optiques sont fragiles face aux conditions climatiques en bord de mer[16] : certains feux s'éteignent et doivent être réparés.
Les premiers feux brûlaient jour et nuit. Il n'y avait aucun moyen de limiter le temps de leur allumage. Gustaf Dalén (Prix Nobel de physique 1912), fondateur de la société AGA, fut le premier à proposer un interrupteur à vanne solaire, qui contrôle le flux de gaz acétylène selon la luminosité du ciel et qui permettait donc la coupure du gaz pendant la journée[6]. Cette technique permettait d'économiser jusqu'à 90 % de gaz[16]. Gustaf Dalén inventera aussi des éclipseurs qui programmaient les éclats des feux au gaz acétylène et des économiseurs (entre 1905 et 1915)[6].
En France, les mécanismes semblent plus tardifs, probablement du fait de gros investissements récents dans d'autres technologies[16]. Vers 1950, l'horloger Augustin Henry-Lepaute proposera des éclipseurs mécaniques à mouvement d'horlogerie utilisables pour les feux au gaz propane et butane. Une autre génération de programmateur est le "DECOGAR" fabriqué par le Service des phares et balises, vers 1970, qui introduit l'électronique dans les appareillages[6].
Une deuxième phase de l'automatisation se fera dans le dernier tiers du XXe siècle, avec l'arrivée de phares contrôlables depuis la terre. L'électricité des phares est alors fourni par panneaux solaires, ou par des éoliennes[17], évitant les problèmes de ravitaillement.
Pour autant, beaucoup de phares restèrent encore habités jusqu'aux années 1990. En 2011, les phares habités sont rares ; les États-Unis et la Grande-Bretagne ont automatisé l'ensemble de leur parc, le dernier phare américain habité ayant été le Charleston Light en 1998. En France, le dernier phare en mer habité est celui de Cordouan, quelques autres phares sur terre et facilement accessibles ne sont pas totalement robotisés[18]. L'automatisation, si elle a permis de ne plus envoyer des hommes dans des endroits solitaires et dangereux, laisse cependant sans surveillance constante des édifices historiques comme Ar-Men, La Vieille ou Kéréon[18]. Depuis plus de dix ans, la Société nationale pour le patrimoine des phares et balises n'a cessé d'alerter les pouvoirs publics sur l'état de dégradation de ce patrimoine.
L'Union soviétique a également construit un certain nombre de phares utilisant l'énergie d'un générateur thermoélectrique à radioisotope. À la suite de la chute de l'Union soviétique, des phares de ce type sont restés sans surveillance ni entretien, posant des problèmes environnementaux. Outre leur vieillissement, ces phares ont aussi été la cible de voleurs de métaux, dont certains sont morts à la suite d'une contamination radioactive[bellona 1]. Ces phares posent également des problèmes de sécurité, l'élément radioactif pouvant être volé pour faire une bombe radiologique[bellona 2].
Certains de ces phares ont finalement été modifiés pour fonctionner à l'énergie solaire[19],[20].
Certains phares sont entretenus uniquement parce qu'ils servent d'attraction touristique, mais on continue encore à en construire dans des zones dangereuses. Dans les phares modernes, inhabités, le système de lentilles en rotation est souvent remplacé par des flashs omnidirectionnels, courts et intenses (dans ce cas on concentre la lumière dans le temps plutôt que dans l'espace). Ces signaux lumineux sont similaires à ceux utilisés pour la signalisation aérienne. Leur alimentation électrique est le plus souvent assurée par l'énergie solaire.
La tour sert de support au système d'optique. Sa hauteur détermine sa portée géographique, qui correspond à la distance maximale d'où l'on peut voir le phare.
La forme de la tour est généralement cylindrique, ce qui lui permet de mieux résister aux rafales de vent, et aux lames pour les phares en mer, qui peuvent être très puissantes. Des formes carrées, hexagonales ou octogonales sont aussi courantes. La plupart ont une base légèrement plus grande que leur sommet, pour des raisons de stabilité. Enfin, de rares phares sont construits sur piliers, comme celui situé dans le golfe de Hauraki, en Nouvelle-Zélande.
Différents matériaux ont été utilisés, comme le bois, la brique, la pierre de taille, le béton, le métal.
Le système d'optique se trouve au sommet de la tour. Il est constitué de la source lumineuse, d'un système de lentilles, le tout est ensuite placé dans une lanterne.
Pour utiliser au mieux l'énergie lumineuse disponible, elle est concentrée. Le faisceau est aplati sur l'axe vertical pour ne pas s'éparpiller inutilement. Dans le sens horizontal, un ou plusieurs rayons sont créés simultanément et balayent l'horizon afin d'être vus dans toutes les directions.
Traditionnellement, on concentre la lumière par un système de lentilles en rotation. Dans les très anciens phares, l'éclairage était assuré par une lampe à pétrole ou à huile (huile de colza, puis huile minérale avec les mèches mises au point par Fresnel) et la rotation par un mécanisme d'horlogerie. Le bâti sur lequel reposait l'optique pouvait reposer sur du mercure afin de réduire la friction. On utilise ensuite l'éclairage au gaz sous pression avec manchon Auer, et enfin l'électricité avec des lampes à arc, puis à incandescence[21]. Les ampoules sont alimentées par un groupe électrogène qui fournit également l'électricité au gardien du phare. Pour les phares en mer, la production d'électricité est assurée par des moteurs thermiques, des panneaux solaires ou des aérogénérateurs, doublés d'un ensemble de batteries d'accumulateurs.
Il n'est pas évident de concentrer efficacement un flux lumineux à partir d'une source omnidirectionnelle. Pour éviter d'utiliser des lentilles d'une épaisseur trop importante, on a développé le système des lentilles de Fresnel spécifiquement pour cet emploi. Leur conception permet d'obtenir un grand diamètre et une distance focale suffisamment courte, sans le poids et le volume inhérent à des lentilles classiques. Certains phares, comme ceux de Cape Race à Terre-Neuve et le phare de Makapu'u d'Hawaï utilisent des lentilles hyperradiantes fabriquées par la société Chance Bros.
Initialement la rotation des lentilles de Fresnel était assurée par un mouvement d'horlogerie à contrepoids, le bloc optique pouvant tourner régulièrement et sans aucun frottement autour de la source de lumière. Ce système équipait la salle du contrepoids aménagée à un étage de la tour, au centre de l'escalier en colimaçon. Le bloc en fonte descendait régulièrement en plusieurs heures le long d'un câble en acier et devait être remonté plusieurs fois chaque nuit. Deux gardiens assuraient cette veille, se relayant la nuit, d'où la présence d'une chambre de quart près de la salle de veille : pendant qu'un gardien dormait, l'autre donnait des tours de manivelle pour remonter le poids en quelques minutes[22]. Ce système de contrepoids est remplacé au milieu du XXe siècle par un moteur et une cuve à mercure.
Pour ne pas être confondus avec d'autres sources lumineuses, les phares à éclats émettent une lumière intermittente.
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Ce classement est fait sur la base de la portée lumineuse (la plus grande distance — en km ou mille marin (NM) — à laquelle un feu peut être vu en fonction seulement de son intensité lumineuse et de la visibilité météorologique). Les cartes récentes et le livre des Feux et signaux de brume donnent la portée nominale (portée lumineuse d'un feu dans une atmosphère homogène par une visibilité météorologique de 10 milles marins). La portée de lumière dépend également d'autres éléments, d'où la notion de portée géographique (plus grande distance à laquelle un feu peut être vu en fonction de la courbure de la notion de terre et des hauteurs de la source lumineuse et de l'observateur)[24].
En fonction de la dureté des conditions de vie à l'intérieur, les gardiens de phare français désignaient les phares selon trois appellations :
Cette classification correspondait également à une progression de carrière, qui commençait dans un enfer pour terminer dans un paradis.
Les bateaux-phares, ou bateaux-feux, étaient des navires conçus spécialement pour supporter des feux là où la construction d'un bâtiment en dur était impossible. Utilisés entre le milieu du XVIIIe siècle et la fin du XXe siècle, ils ont presque tous été remplacés par des bouées automatiques. En France, le dernier a été le Sandettié, retiré en 1989[25].
Aux débuts de l'aviation, des phares terrestres furent utilisés pour guider les avions de nuit, comme pour l'aéropostale, l'atterrissage de Charles Lindbergh au Bourget, le phare sur la tour Eiffel…
Le signal lumineux émis par un phare ou un bateau-phare a des caractéristiques spécifiques qui permettent aux marins de l'identifier et de l'utiliser pour déterminer leur position et/ou leur route.
On distingue :
La signature complète du phare est fournie par :
Pour éviter toute erreur d'identification, deux phares situés dans la même zone de navigation n'auront jamais les mêmes caractéristiques.
Les signaux émis par les phares, la description des phares (hauteur du phare, hauteur au-dessus du niveau de la mer), leur portée théorique et leurs positions sont fournis dans des ouvrages publiés par les services hydrographiques (le SHOM pour la France, UKHO pour le Royaume-Uni, etc.) : livres des feux / Admiralty List of Lights and Fog Signals. Ces informations figurent également dans des guides plus locaux (par exemple en France pour la côte Atlantique et la Manche l'Almanach du Marin Breton).
Ces informations sont notées sur les cartes marines sous une forme abrégée, les codes sont disponibles dans l'ouvrage 1D du SHOM [26].
Voici un exemple : « Fl(3) G 12 s » signifie : feu à 3 éclats verts, période 12 secondes) ; les principaux éléments de cette légende sont :
Exemple de légende complexe : « Fl 5s 60 m 24M Siren(1) 60s RC » signifie : feu à un éclat blanc toutes les cinq secondes, dont la lanterne est située à une hauteur de 60 m, portant à 24 milles, muni d'une sirène émettant un signal toutes les 60 secondes et d'un radiophare. L'indication feu à éclat (Fl) 5s permet d'identifier le phare car les phares d'une même zone géographique ont des caractéristiques différentes, le fait qu'il n'y ait aucune couleur de mentionné indique que le feu est blanc, 60 m permet de trouver la portée géographique du phare en faisant le calcul où D est exprimée en milles, H (hauteur du foyer lumineux) en mètres, et h (hauteur de l'œil de l'observateur au-dessus de l'eau) en mètres[27].
Ici il s'agit des caractéristiques du phare d'Eckmühl
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