Viking Sunstone

Publié le par albert

Après les "états séparés" dans les lasers, le laser bi-fréquences (introduit dès 1977), l'interféromètre Jamin-Fabry-Perot ...réalisés à l'Université de Rennes 1, les cristaux biréfringents apportent aujourd'hui une possible réponse... à la navigation des Vikings.

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Prototype du "Viking Sunstone Compass", réalisé par Alain Le Roy (Plozévet), Albert Le Floch ( Plozévet et 20 square Marcel Bouget Résistant, Rennes), Guy Ropars (Paimpol, Rennes).

Utilisations de cristaux biréfringents au laboratoire de Physique des Lasers
Dépôt d'un brevet sur un laser fournissant deux ondes à des fréquences différentes (1991) :

Brevet1991-bifrequences-copie-1.jpg
Propagation à travers un cristal biréfringent et matrice de Jones généralisée correspondante (J. Opt. Soc. Am. B /février 1991) :

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Interféromètre à états spatialement séparés (Appl. Phys. Lett. 2006) :

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Proceedings-Bannière

A depolarizer as a possible precise sunstone for Viking
navigation by polarized skylight link

Guy Ropars, Gabriel Gorre, Albert Le Floch, Jay Enoch and  Vasudevan Lakshminarayanan
Abstract

Viking navigation from Norway to America in the northern latitudes remains a mystery for physicists, historians and archaeologists. Polarimetric methods using absorbing dichroic crystals as polarizers to detect a hidden Sun direction using the polarized skylight have led to controversies. Indeed, these techniques may lack in sensitivity, especially when the degree of polarization is low. Here, we demonstrate theoretically and experimentally that using the transparent common Iceland spar as a depolarizer, the Vikings could have performed a precise navigation under different conditions. Indeed, when simply rotated, such a birefringent crystal can completely depolarize, at the so-called isotropy point, any partially polarized state of light, allowing us to guess the direction of the Sun. By equalizing the intensities of the ordinary and extraordinary beams at the isotropy point, we show that the Sun direction can be determined easily, thanks to a simple sensitive differential two-image observation. A precision of a few degrees could be reached even under dark crepuscular conditions. The exciting recent discovery of such an Iceland spar in the Alderney Elizabethan ship that sank two centuries before the introduction of the polarization of light in optics may support the use of the calcite crystal for navigation purposes.

Proc. R. Soc. A. 2012 468 2139 671-684doi:10.1098/rspa.2011.0369 published ahead of print November 2, 2011, 1471-2946


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Ouest-France
Samedi 5 novembre 2011 - link

Des physiciens rennais percent le secret des Vikings

Comment les Vikings, bien avant l’invention de la boussole, ont pu traverser l’Atlantique et gagner les côtes du Canada et des Etats-Unis ? Un mystère que semblent avoir résolu deux physiciens du laboratoire de physique des lasers de l’université de Rennes 1.
Spécialistes de la lumière, ils pensent que les Vikings utilisaient la fameuse pierre de soleil ou sunstone. Un cristal, que l’on trouve en abondance en Islande et aux propriétés très particulières. Il permet, avec une rare précision, de déterminer la position du soleil même quand ce dernier n’est pas visible ou caché par des nuages. Albert le Floch et son collègue Guy Ropars, les deux physiciens, ont d’ailleurs mis en pratique leur théorie en créant une boussole à base de ce cristal qui ne cherche pas le nord mais le soleil. Ca marche !

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L'histoire

Devinette : quel est le rapport entre des Vikings ayant traversé l'Atlantique au Xe siècle et le laboratoire de physique des lasers de l'université de Rennes 1 ? A priori aucun si ce n'est l'étude de la lumière et une insatiable curiosité scientifique.

« On sait que des Vikings, cinq siècles avant Christophe Colomb, ont gagné le Canada et sans doute les États-Unis en longeant le Groënland », explique Albert Le Floch, ex-professeur de physique à l'université de Rennes 1. « Mais ils ne pouvaient pas s'aider des étoiles pour se diriger ni de la boussole qui n'a été inventée qu'au treizième siècle. Et même s'ils disposaient d'une boussole, la proximité du pôle magnétique l'aurait rendue quasi inutilisable. » Alors comment faisaient ces fiers navigateurs pour maintenir le cap sur d'aussi longues distances en faisant fi de conditions climatiques pouvant être désastreuses ?
Une légende

« Ça faisait près de dix ans que l'on se posait la question », affirme Guy Ropars, enseignant chercheur au laboratoire de physique des lasers. La curiosité des deux scientifiques a été attisée par la fameuse légende de la pierre de soleil (sunstone en anglais). « Dans les sagas scandinaves, récits relatant les expéditions maritimes, est évoquée une pierre mystérieuse qui aurait permis au capitaine, en la pointant au zénith devant lui, de trouver la direction du soleil et donc de déterminer la direction à suivre. »

Une hypothèse qui, pour certains, tenait de la légende et qui n'avait jamais pu être démontrée... Jusqu'à ces derniers jours.
Le Spath d'Islande

Les deux physiciens ont conjugué leurs connaissances mais aussi leur intuition. « Il y a un cristal de calcite transparent qui était très courant en Islande », précise Albert Le Floch. « D'où son nom de Spath d'Islande. Un cristal que les Vikings pouvaient donc se procurer très facilement. » Un cristal qui, outre sa forme géométrique très particulière, possède une caractéristique unique. « Elle dépolarise totalement la lumière. C'est-à-dire qu'en fonction de son orientation, elle filtre la lumière. » Une propriété physique très complexe mais à l'utilisation simplissime. Elle peut permettre d'indiquer la direction du soleil, même si ce dernier n'est pas visible, avec une grande précision.

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Démonstration

Autre piste qui a renforcé l'hypothèse des deux physiciens : la découverte, en 2003, dans une épave d'un navire anglais gisant depuis quatre siècles près de l'île anglo-normande d'Anderley (Aurigny), d'un cristal à la configuration d'un Spath d'Islande. Mais que faisait-il sur un bateau anglais qui disposait déjà d'une boussole ? « Ce navire était équipé de lourds canons en fer. Or ces masses métalliques pouvaient dérégler la boussole. » Pour vous en convaincre, prenez une boussole et placez juste à côté une simple clé de voiture ! Elle perdra le nord vite fait ! Pas le cristal.

L'hypothèse des deux compères se concrétise. « Cet été, j'ai demandé à Alain Le Roy, un ami de Plozévet, de me construire un dispositif en bois dans lequel on a placé un de ces cristaux. » Un dispositif ingénieux. « Il suffit de le pointer vers le ciel, de faire tourner le cristal et on détermine la direction du soleil. » Une démonstration étonnante que même un enfant de 5 ans pourrait utiliser et comprendre. Une découverte qui a eu l'effet d'une bombe. « On croule sous les demandes d'interviews du monde entier. »

Samuel NOHRA.  Ouest-France  

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Des Bretons redécouvrent le compas des vikings

Par Géraldine Lassalle


Des chercheurs bretons

Ils s'appellent Guy Ropars et Albert Le Floch et travaillent au laboratoire de physique des lasers de l'Université de Rennes-1. Ce sont eux qui ont redécouvert les propriétés de la fabuleuse "pierre de soleil". Elle aurait permis, selon les sagas scandinaves, aux navigateurs vikings de s'orienter même par temps couvert. Ce n'était donc pas une simple légende, assurent les chercheurs qui démontrent son efficacité dans une étude publiée mercredi.

Une pierre légendaire
On sait que les Vikings ont parcouru des milliers de kilomètres en direction de l'Islande et du Groënland, découvrant sans doute l'Amérique du Nord vers l'an 1000, bien avant Christophe Colomb. Mais leur capacité à naviguer sans boussole sur d'aussi longues distances, et dans des conditions très défavorables (nuit polaire, neige, etc.), reste encore un mystère. Outre leurs excellentes connaissances astronomiques et maritimes, ils auraient
utilisé des "pierre de soleil", regardant au travers pour détecter la position exacte de l'astre invisible à l'oeil nu et en déduire ainsi le cap de leur navire.
Les légendes qui les mentionnent ne donnent toutefois aucune indication quant à la nature de ces pierres fabuleuses, dont aucune n'a jamais été formellement identifiée dans les vestiges archéologiques.


Un mystère enfin levé ? 

Selon Guy Ropars, cette "pierre de soleil" ne serait autre qu'un "spath d'Islande", un cristal de calcite transparent relativement courant en Scandinavie et qui est encore actuellement utilisé dans certains instruments optiques. Ce cristal a en effet la propriété de "dépolariser" la lumière du Soleil, c'est-à-dire de la filtrer différemment selon la façon dont on oriente la pierre.
A l'aide de calculs théoriques très poussés confortés par une longue batterie de tests effectués avec leurs collègues canadiens et américains, les chercheurs en concluent que "la direction du Soleil peut être facilement déterminée, grâce à une simple observation fondée sur la différenciation entre les deux images" produites par le spath d'Islande.
"Une précision de quelques degrés peut être atteinte, même dans des conditions de luminosité crépusculaires", souligne l'étude, publiée dans la revue scientifique britannique Proceedings of the Royal Society A.
Même sans avoir aucune connaissance scientifique sur la polarisation, les Vikings ont donc facilement pu observer les propriétés de ce cristal et s'en servir pour trouver le Soleil à coup sûr. Un cristal de calcite a été récemment trouvé à bord d'une épave britannique du 16e siècle découverte au large de l'île anglo-normande d'Aurigny.

 

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  Vidéo

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Le Télégramme
Mercredi 2 novembre 2011

Navigation. Le secret des Vikings dévoilé
Camera

LF-Boussole 

Pendant des siècles, les Vikings ont écumé les mers, sans boussole, avec une précision d'horloger. Albert Le Floch et Guy Ropars, deux physiciens bretons, viennent de percer leur secret: le spath islandais. Une pierre qui leur permettait de localiser le soleil, même quand celui-ci était masqué. Et de se repérer.

Demain, Albert Le Floch  et Guy Ropars , qui dépendent de l'Université de Rennes 1, seront à l'honneur dans les pages de l'illustre publication de la Royal Society of London, institution fondée en 1660 pour la promotion des sciences. Leurs travaux de recherches sur le spath islandais, cristal qui permettait aux Vikings de se repérer dans l'espace avec une extrême précision, y seront longuement évoqués. «On a commencé à travailler sur ce sujet dans les années80», raconte Albert Le Floch, dans sa maison secondaire, à Plozévet, dans le Finistère. Un scientifique, qui comme Guy Ropars, son collègue originaire de Paimpol (22), a toujours eu une grande attirance pour la mer.

Une pierre de légende
À l'époque, personne ne comprenait comment les Vikings, cinq siècles avant Christophe Colomb, et sans boussole, avaient pu accoster avec précision à maintes reprises sur ce que les Européens appelleront plus tard le Nouveau Monde. Ces voyages, qui étaient, sans nul doute, rythmés par des escales en Islande ou au Groenland, pouvaient durer quatre ou cinq mois. Naviguer à l'aide des étoiles était impensable en plein jour. Surtout quand on sait qu'en été, les journées peuvent durer plus de vingtheures dans l'extrême nord. Il ne restait plus que le soleil qui, malheureusement sous ces latitudes, ne brille souvent que par son absence. C'est pourtant cette piste qu'ont suivie les deux chercheurs rennais. Car, dans les Sagas nordiques, des textes empreints de légendes, il était fait mention de pierres du soleil ou «sunstones» à travers lesquelles les Vikings regardaient pour faire le point. Même quand le ciel était complètement bouché.

Voir à travers les nuages
Les deux chercheurs, fondus de lumière et de laser, plancheront longtemps sur le sujet avec deux collègues américains de l'université de Berkeley (Californie) pour identifier ce mécanisme. «En fait, quand on regarde à travers le spath islandais, qui se présente comme un gros cristal transparent, on voit double. La moindre luminosité dépolarisée apparaît sous la forme de deux petits rectangles de même surface. Quand le contraste de ces derniers est identique, le soleil est juste en face. Sa direction peut être relevée au degré près». Ces derniers mois, les deux chercheurs bretons ont fait des essais dans des conditions limites grâce à leur compas Viking Sunstone, un GPS naturel équipé d'une aiguille pointant le soleil, imaginé par Alain Le Roy, professeur de mathématiques, plozévetien et ami d'Albert Le Floch. «Le28juillet de cette année, le dernier relevé a été fait à 22h30, quand les premières étoiles apparaissaient. Cela faisait longtemps que le soleil avait disparu sous la ligne d'horizon».

Un spath découvert sur une épave
Dans les mois à venir, les deux scientifiques vont se pencher sur une drôle de découverte faite en 2000, dans les eaux d'Aurigny, une des îles anglo-normandes. Un spath d'Islande a été retrouvé par un plongeur sur l'épave d'un bateau de guerre anglais, coulé en 1592. «Les angles de la pierre sont strictement égaux, nous avons vérifié sur place. Les Anglais ont bien voulu nous donner quelques milligrammes de cette pierre. Nous les avons fait analyser. Il s'agit bel et bien du même cristal. Un historien travaille sur le sujet. Il pourra peut-être établir qu'au XVIe, la pierre de soleil était toujours utilisée sur les bateauxpour tracer leur route». Les deux physiciens devraient en savoir davantage dans les prochains jours. La boussole, invention chinoise, en tout cas, n'y avait pas droit de cité. Car on ne comprenait rien à son magnétisme que le métal des canons affolait. Elle n'aurait fait son apparition, sur les vaisseaux, qu'après 1600.

  • Didier Déniel
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News and Views
Material witness: A light compass?

  • Philip Ball

Nature Materials 10, 909 (2011) doi:10.1038/nmat3188

Published online23 November 2011

The idea that the Vikings navigated across the Atlantic using birefringent Iceland spar (calcite) to locate the Sun's position on cloudy days is surely one of the most ingenious and captivating recent hypotheses about ancient materials use. The suggestion itself is an old one1, but has been given strong support in new experiments by Ropars and colleagues2.
The claim, which has understandably enjoyed much media interest, has a lot going for it. References in Viking sagas to a 'sunstone' used in seafaring sound akin to magic, but there is now a good physical basis for thinking that Iceland spar — abundant in the Viking homelands, as the name implies — might be used in this way with sufficient accuracy.

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http://www.nature.com/nmat/journal/v10/n12/full/nmat3188.html

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The Viking Sunstone Revealed?

on 1 November 2011, 8:01 PM |

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Romancing the sunstone.
 
Physicists think Vikings could have used calcite crystals in a device like this to navigate on cloudy days.
Credit: Guy Ropars
To avoid getting lost on their voyages across the North Atlantic 1000 years ago, Vikings relied on the sun to determine their heading. (This was long before magnetic compasses were available in Europe.) But cloudy days could have sent their ships dangerously off course, especially during the all-day summer sun at those far-north latitudes. The Norse sagas mention a mysterious "sunstone" used for navigation. Now a team of scientists claims that the sunstones could have been calcite crystals and that Vikings could have used them to get highly accurate compass readings even when the sun was hidden.

The trick for locating the position of the hidden sun is to detect polarization, the orientation of light waves along their path. Even on a cloudy day, the sky still forms a pattern of concentric rings of polarized light with the sun at its center. If you have a crystal that depolarizes light, you can determine the location of the rings around the hidden sun.

Calcite is such a crystal. It has a property called birefringence: Light passing through calcite is split along two paths, forming a double image on the far side. The brightness of the two images relative to each other depends on the polarization of the light. By passing light from the sky through calcite and changing the crystal's orientation until the projections of the split beams are equally bright, it is theoretically possible to detect the concentric rings of polarization and thus the location of the sun.

Theory is one thing, practice is another. To see if calcite is accurate enough for navigation, a team led by Guy Ropars, a physicist at the University of Rennes 1 in France, built a sunstone. They used a chunk of calcite from Iceland spar, a rock familiar to the Vikings, and locked it into a wooden device that beams light from the sky onto the crystal through a hole and projects the double image onto a surface for comparison. They then used it over the course of a completely overcast day. They took the measurements from a point on land where they knew the sun's exact trajectory.

If the Vikings were clever enough to use calcite as a sunstone, it would have enabled them to navigate on cloudy days, the researchers report today in the Proceedings of the Royal Society A. Their sunstone came within 1° of the true location of the sun even after it had dipped below the horizon. Ropars cautions that archaeologists have yet to find a sunstone among Viking shipwrecks or settlements.

The study reveals "an ingenious solution to the problem of open-sea navigation," says John Phillips, a biologist who studies animal navigation at Virginia Polytechnic Institute and State University in Blacksburg, adding that birds may also use polarization to navigate. But even if it is possible, using such a sunstone on a rolling Viking ship at sea would have been a challenge, he says. "Perhaps [they used it] when the Viking sailors encountered islands or ice packs during their travels."

Correction: A previous version of this story stated that the magnetic compass had not been invented by the 10th century, but it had already been invented in China by then. It has been corrected to reflect that.

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TheEconomist

Viking navigation link
Sunstruck
How Norsemen found their way round in cloudy weather

Nov 5th 2011 |From the print edition

CENTURIES before Columbus, Viking adventurers ruled the North Atlantic. They sailed as far as America without the aid of magnetic compasses, which was no mean feat. They were, however, assisted in their travels by another sort of magical device. According to the sagas they had stones which could point to the sun, even when the sky was cloudy.

No such sunstone has survived. But Guy Ropars of the University of Rennes, in France, thinks he knows what they were. He and his colleagues have been experimenting with a mineral called Iceland spar. Their results, just published in the Proceedings of the Royal Society, suggest they are on to something.

The passage of sunlight through the air polarises it. That means light from the sky itself points towards the sun, if you have the necessary equipment to detect the polarisation. Dr Ropars has shown that a piece of Iceland spar is sufficient.

Iceland spar is a form of calcite that splits light into two beams. If the light is polarised, there is only one way to orient the crystal to produce beams of equal intensity. Find this orientation by looking through the crystal at the sky at a time when you can see the sun, mark the sun's direction on the crystal, and your mark will always point towards the sun when you match the beams from even a tiny patch of blue in an otherwise overcast sky. Dr Ropars's experiments suggest the method is accurate to within 5°. That is good enough for navigation of the sort the Vikings managed.

Though no sunstones have survived from Viking days, despite the frequency of ship burials of Viking chiefs, there is one tantalising find from a more recent shipwreck. This is a large calcite crystal recovered from a vessel that went down off the coast of Alderney, in the Channel Islands, in Elizabethan times. Several centuries underwater have rendered the Alderney crystal opaque, but Dr Ropars and his team are now examining it, and believe it may be Iceland spar. Dr Ropars suspects it was being used as a sunstone because the magnetic compasses of the day were thrown out of kilter by iron cannon.

The true nature of the sunstone will probably not be settled until and unless one turns up in either a sunken Viking vessel or a ship burial. Perhaps, though, they not only permitted the Vikings to reach America, but also helped save England from the Spanish Armada.

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LE MONDE | 11.11.2011 à 19h41 • Mis à jour le 13.03.2012 à 11h55 | Par Stéphane Foucart
L'énigme de la pierre de Soleil des Vikings est-elle percée ?

Les navigateurs nordiques de l'an mil disaient recourir à un cristal magique indiquant toujours la position de l'astre de jour.

Depuis les années 1960 et la découverte d'établissements vikings en Amérique du Nord, la question taraude les scientifiques : comment les navigateurs nordiques sont-ils parvenus, dès l'an mil, à voguer en haute mer sans boussole, réussissant à retrouver leur chemin entre l'Europe du Nord et le fameux Vinland - probablement centré sur Terre-Neuve ?

La réponse était inscrite dans la saga d'Olaf Tryggvason - l'une de ces longues chroniques rédigées autour des XIIe et XIIIe siècles. Mais elle n'était guère convaincante : les Vikings disaient en effet recourir à une énigmatique pierre magique - ou pierre de Soleil -, dont l'observation permettait de connaître invariablement la position de l'astre de jour, quand bien même celui-ci était caché par un ciel de tempête.

 "Deux rectangles lumineux"

Jamais une telle pierre de Soleil n'a été découverte par les archéologues. Mais des physiciens français et américains, menés par Guy Ropars (université Rennes-I) viennent de publier, dans la revue Proceedings of the Royal Society A, une solution théorique et expérimentale au problème. Selon les auteurs, les Vikings utilisaient un cristal de calcite - très abondant en Islande - doté de certaines propriétés optiques.

Pour comprendre, il faut d'abord savoir - ce que les Vikings ignoraient - que la lumière qui parvient verticalement au sol est polarisée. C'est-à-dire que son champ électromagnétique est orienté d'une certaine manière. Et que cette orientation dépend toujours de la position du Soleil. En regardant le ciel à la verticale à travers un cristal de calcite, les Vikings ont empiriquement découvert un moyen de déterminer l'orientation de cette polarisation - et donc incidemment la position du Soleil.

 

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Comment ? "Si vous placez au-dessus du cristal un cache dans lequel vous ne percez qu'un petit orifice, par exemple rectangulaire, et que vous regardez par en dessous le ciel à travers le cristal, votre oeil ne verra pas un, mais deux rectangles lumineux", explique Albert Le Floch, coauteur de ces travaux. Ce dédoublement est lié à la "biréfringence" du cristal, qui scinde en deux les rayons lumineux qui le traversent.

Mais les deux rectangles qui impressionnent la rétine sont souvent d'intensité lumineuse différente. "En faisant pivoter le cristal, les Vikings se sont probablement rendu compte que les deux rectangles n'étaient aussi intenses que dans une seule orientation, dépendant de la position du Soleil, poursuite M. Le Floch. Il leur a simplement fallu étalonner  le système en indiquant par temps clair les positions relatives du cristal et du Soleil pour obtenir leur instrument de navigation !"

Les chercheurs ont reconstitué un tel dispositif et ne l'ont pas uniquement testé par temps couvert, mais aussi à la lumière résiduelle du crépuscule. "A notre étonnement, cela fonctionne encore mieux dans ces conditions car les contrastes sont plus marqués", dit M. Le Floch.

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Navigation
Crystal gazing

A mineral found in a shipwreck was an ancient form of compass link

Mar 9th 2013 |From the print edition  

THIS may look like a nondescript lump of rock, but it is, in fact, a sunstone. That, at least, is the opinion of Guy Ropars of Rennes University, in France, and his colleagues. Sunstones are legendary items supposed to have been used by Viking sailors in the days before magnetic compasses. Looking at the sky through one, it is said, would reveal the sun’s direction even on a cloudy day or when that fiery orb was below the horizon.

 

TheEconomist-Crystal

 

Dr Ropars thinks sunstones were real, and were actually crystals of Iceland spar, a form of calcite that polarises light (and therefore reacts to polarised light). Light from the sky is polarised and, as he discovered in 2011, looking through a piece of Iceland spar reveals the direction of polarisation, and thus the direction of the sun, to within 5°.

Dr Ropars also believes the use of sunstones persisted until at least the 16th century. Their existence is mentioned in church records, and they would have been useful because although magnetic compasses were known by then, they were unreliable for reasons not then understood, such as proximity to the large amounts of iron in ships’ cannons.

He thinks this block of mineral is such a stone. It was found in a wreck believed to be that of an unnamed English warship which an admiral’s report from November 29th 1592 says was lost off the coast of Alderney, in the English Channel. Four centuries underwater have rendered it opaque, but it is the right shape and density to be Iceland spar, and it was discovered within a metre of a pair of navigational dividers of the sort used to measure distances on charts.

Dr Ropars’s latest research, just published in the Proceedings of the Royal Society, used spectroscopy to confirm the stone’s composition as calcite. He also did further experiments with a recently mined (and therefore transparent) Iceland-spar crystal of the same size. He and his colleagues found they could locate the direction of the sun even more accurately than before: to within 1°. The Alderney crystal, as it is known, is thus almost certainly a sunstone. It didn’t save the ship, though.

 

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The sixteenth century Alderney crystal: a calcite as an efficient reference optical compass?

By Albert Le Floch, Guy Ropars, Jacques Lucas, Steve Wright, Trevor Davenport, Michael Corfield and Michael Harrisson.

Abstract

The crystal recently discovered in the 1592 sunken Elizabethan ship is shown to be an Iceland spar. We report that two main phenomena, with opposite effects, explain the good conservation and the evolution of this relatively fragile calcite crystal. We demonstrate that the Ca2+–Mg2+ ion exchanges in such a crystal immersed in sea water play a crucial role by limiting the solubility, strengthening the mechanical properties of the calcite, while the sand abrasion alters the crystal by inducing roughness of its surface. Although both phenomena have reduced the transparency of the Alderney calcite crystal, we demonstrate that Alderney-like crystals could really have been used as an accurate optical sun compass as an aid to ancient navigation, when the Sun was hidden by clouds or below the horizon. To avoid the possibility of large magnetic errors, not understood before 1600, an optical compass could have helped in providing the sailors with an absolute reference. An Alderney-like crystal permits the observer to follow the azimuth of the Sun, far below the horizon, with an accuracy as great as ±1°. The evolution of the Alderney crystal lends hope for identifying other calcite crystals in Viking shipwrecks, burials or settlements.

Published 6 March 2013 doi: 10.1098/rspa.2012.0651 Proc. R. Soc. A 8 May 2013 vol. 469 no. 2153 20120651


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Ouest-France
mercredi 10 avril 2013

Deux physiciens rennais épatent le monde  link

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À force de travail, Guy Ropars et Albert Le Floch, de l'université de Rennes 1, ont percé le secret de la pierre de soleil et démontré comment les Vikings ont pu traverser l'Atlantique.

L'histoire

Guy Ropars et Albert Le Floch ne s'y attendaient certainement pas ! Chercheurs enseignants en physique des lasers à l'université de Rennes 1, ils ont défrayé, ces derniers mois, la chronique de l'actualité scientifique mondiale.

Pas moins de 600 articles sont parus sur un défi que le duo s'était lancé : prouver que les Vikings ont très bien pu traverser l'Atlantique en se servant, non pas d'une boussole (qui n'existait pas à l'époque), mais d'une fameuse pierre de soleil. Un cristal naturel aux propriétés étranges sur lequel les physiciens ont travaillé durant près de dix ans. « Dans les sagas scandinaves est évoquée une pierre mystérieuse qui aurait permis aux Vikings, en la pointant au zénith devant eux, de trouver la direction du soleil et donc de déterminer la direction à suivre » explique Albert Le Floch. « Nous avons voulu en savoir plus. »
 

Pierre magique

Une de ces pierres de soleil a justement été découverte par un plongeur, en 2003, dans l'épave d'un navire anglais gisant depuis quatre siècles près de l'île anglo-normande d'Anderley (Aurigny). « Pourquoi cette pierre était-elle dans ce navire alors que les Anglais savaient utiliser une boussole ? » s'interroge Guy Ropars. « Un navire sur lequel il y avait aussi d'imposants canons en fer qui, on le sait, pouvaient influer sur les champs magnétiques et donc fausser la boussole. Or, la pierre de soleil est, elle, insensible aux variations magnétiques. »

Les physiciens vont pousser leurs recherches encore plus loin et prouver que la pierre de soleil pouvait se transformer en instrument de navigation très simple à utiliser. « Sa caractéristique principale est de pouvoir polariser naturellement la lumière. C'est-à-dire qu'en fonction de son orientation, elle filtre la lumière et permet d'indiquer la direction du soleil, même si ce dernier n'est pas visible, avec une grande précision. » Ingénieux.

600 publications

Ils publient alors fin 2011 leurs travaux. Et font sensation. « Tout récemment, c'est la Royal society de Londres, l'équivalent de l'académie des sciences en France, qui a mentionné nos recherches et les a accréditées ». En tout, des centaines d'articles. Aussi bien dans de prestigieuses revues scientifiques que dans la presse grand public.

« Jamais un article issu de l'université de Rennes 1 a eu autant de publications » note Jacques Lucas, professeur émérite de Rennes 1 et membre de l'académie des sciences. « Même dans le journal local de Tucson, Texas, on en a parlé. Une sacrée publicité pour l'université rennaise. »

Jusque dans l'espace

Loin de prendre la grosse tête, les deux chercheurs continuent à vouloir percer les secrets du cristal. « C'est grâce à ces propriétés que des astronomes du télescope de La Palma (îles Canaries) ont réussi à repérer une exoplanète située à 100 000 années lumières de nous (1) ». Une planète dotée d'une atmosphère et donc potentiellement capable d'accueillir des formes de vie. « Pour arriver à cette découverte, les astronomes ont placé une pierre de soleil à la base de leur télescope » explique Guy Ropars. « Sans elle, c'est comme s'ils avaient voulu repérer la flamme d'une allumette devant un phare géant. » Impressionnant !

(1) Une année-lumière correspond à la distance que parcourt la lumière en une année. Soit 10 000 milliards de kilomètre.

Samuel NOHRA.

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Bannière EspaceScience

Mai 2013

Ils apportent leur pierre à l’édifice
Deux physiciens rennais ont analysé un cristal de calcite du 16e siècle et prouvé ses incroyables propriétés.

Spécialistes des lasers, Abert Le Floch et Guy Ropars se passionnent pour la polarisation de la lumière depuis plus de vingt ans. Ils connaissent bien le cristal de calcite, dont les propriétés de biréfringence permettent de repérer la polarisation de la lumière et donc la direction du Soleil, même quand celui-ci est caché. Des écrits rapportent que les Vikings utilisaient cette pierre de soleil dès le 10e siècle, pour se repérer en mer(1).

Les deux physiciens rennais ont pu analyser un échantillon de celle remontée en 2003 de l’épave qui a coulé en 1592 au large des côtes de l’île d’Aurigny (Cherbourg).

Restée quatre siècles dans l’eau, sa forme de rhomboèdre est inchangée : un cube penché avec des angles de 78 ° et 102 °. Sa transparence en revanche a été altérée. Dans leur dernière publication(2), les deux chercheurs ont montré avec leur collègue chimiste Jacques Lucas, que le calcium a été remplacé par du magnésium, un ion chimiquement très proche et présent dans l’eau de mer. Sur un autre cristal totalement transparent, de mêmes dimensions, ils ont aussi prouvé l’extrême sensibilité du cristal : il donne la direction du Soleil à un degré près. Cela explique sûrement son intérêt, en particulier au coucher du soleil et le fait qu’il ait été utilisé même plus tard, en complément de la boussole.

(1)La boussole n’est arrivée qu’au 13e siècle en Europe.

(2)Royal Society Publishing, mars 2013, The sixteenth century Alderney crystal : a calcite as an efficient reference optical compass?

Renseignements

Guy Ropars Tél. 02 23 23 55 74

guy.ropars@univ-rennes1.fr

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