Article du Journal des Géomètres-Experts Français n°81 de juillet 1927 p. 320

Le Niveau à lunette Henri Wild

Le niveau à lunette dont il est question est destiné à tous les nivellements techniques de précision. Le but de M. Wild, lorsqu'il a conçu et réalisé cet instrument, était de créer un niveau de poids extrêmement réduit, de faible encombrement, très robuste, d'une grande précision, permettant un travail rapide et précis, sans avoir à tourner autour de l'appareil et dont le fonctionnement n'ait pas à souffrir d'un maniement peu délicat, non plus que de la poussière et de l'humidité.

Les caractéristiques énumérées ci-dessous, avec quelques particularités d'emploi qui en découlent, font ressortir jusqu'à quel point ce but a été atteint; elles mettent en évidence la nouveauté de l'instrument. Poids de l'instrument: 2 kg.

Poids de l'emballage: 1 kg. 3.

Nivelle : du système Wild à coïncidence d'images de bulle. Précision : 20" par 2 mm. Pour observer ces images, il suffit de déplacer l'oeil légèrement à gauche de la lunette, ce qui évite d'avoir à tourner autour de l'instrument. Visée directe dans le plan horizontal (donc, une seule visée et pas de moyenne à effectuer).

Lunette : grossissement x 24. Longueur : 175 mm. Luminosité extrêmement grande : ouverture libre : 40 mm. Ouverture relative f/3,4. Réticule gravé sur verre. Elle est pourvue d'une stadia au 1/100 ; les distances lues sont mesurées à partir de l'axe vertical de l'instrument.

Les différentes parties de l'appareil forment un seul bloc, sans dispositifs séparables. On peut prendre l'instrument à pleine main et le retourner dans tous les sens sans qu'aucune partie ne soit détériorée ni même déréglée. Pour passer d'une station à une autre il est inutile de séparer l'instrument du pied. Toutes les parties mécaniques mobiles (axes, filets de vis) sont complètement étanches. La dureté réglable des vis calantes et des vis micrométriques, les rattrapages de jeu des joints du pied, font que l'instrument travaille toujours dans les meilleures conditions de précision. L'emballage, entièrement métallique, protège parfaitement l'appareil et permet un transport facile (poids 1 kg. 3).

Principe fondamental du niveau Wild

Le problème du niveau se pose de la manière suivante : Un instrument étant susceptible d'occuper une position parfaitement définie par rapport à l'horizontale, ceci au moyen d'un système de réglage spécial (niveau à bulle d'air), faire en sorte que, automatiquement, lorsque ce système de réglage se trouve dans celte position définie, l'axe de visée d'une lunette soit horizontal. Les difficultés qui se présentent dans la réalisation de ce problème sont les suivantes :

1° Lorsqu'on effectue la mise au point de la lunette, la direction de visée doit être invariable.

2° Le dispositif de mise à l'horizontale (niveau à bulle d'air) doit être facilement réglable et susceptible d'être rendu indéréglable une fois qu'il est réglé.

Les constructeurs qui, jusqu'à cette époque, ont eu à résoudre le problème, ont tourné ces difficultés en construisant des instruments dans lesquels des rotations et des renversements judicieusement choisis des différentes parties de l'instrument, ont permis d'opérer des visées rigoureusement symétriques par rapport à l'horizontale. La moyenne des lectures faites sur la mire suivant ces deux directions donne la lecture suivant l'horizontale. Cette manière de résoudre le problème conduit à des dispositifs extrêmement délicats ; des détériorations infimes de certaines parties de ces instruments peuvent amener des erreurs importantes dans la détermination de l'horizontale. M. Wild abandonnant le système des visées symétriques sur lequel s'étaient basées jusqu'ici toutes les études instrumentales des constructeurs, a repris, le problème à la base. En fait, avec le nouveau niveau Wild, lorsque la bulle est dans sa position définie, l'axe de visée de la lunette est horizontal, c'est-à-dire que la division de la mire qui se projette sur le fil horizontal du réticule est dans le même plan horizontal que celui-ci. Les difficultés qui se présentaient et que nous avons citées plus haut, n'étaient résolubles que par des moyens optiques et mécaniques simples, robustes et indéréglables. Ce sont ces dispositifs que M. Wild a conçu, mis au point et réalisés ; en l'espèce il s'agit de la lunette dont la direction de visée doit être la même quelle que soit la mise au point, et de la nivelle dont la liaison avec la lunette doit être indéréglable une fois qu'elle est réglée. Ces deux organes sont décrits ci-après au cours de la description de l'appareil.

Description

Lunette. -La lunette possède un dispositif de mise au point formé par une lentille divergente se déplaçant à l'intérieur de la lunette et mue par la rotation d'une couronne moletée concentrique au corps cylindrique de cette lunette ; le réticule gravé sur verre est fixe. Ce dispositif permet d'obtenir une direction de visée invariable quelle que soit la mise du point. En outre, il rend la lunette complètement étanche à la poussière et à l'humidité et peut être commandé indistinctement par l'une ou l'autre main, Le système optique, tout-à-fait spécial, (du type " téléobjectif") a permis de donner à la lunette une longueur fixe de 175 mm. pour un grossissement de x 24, ce qui a donné la possibilité de réduire au minimum l'encombrement de l'appareil. Avec son ouverture libre de 40 mm. (ouverture relative f/3,4) cette lunette a une luminosité jusqu'ici inégalée qui, jointe à la perfection de sa réalisation optique, rend les lectures faciles à des distances beaucoup plus grandes que celles généralement usitées, même dans des conditions d'éclairage défectueuses. De par l'agencement de son système optique, cette lunette est anallatique. Son réticule est muni d'une stadia au 1/l00e; les distances lues sont comptées à partir de l'axe vertical de l'instrument. La mise au point de l'oculaire de la lunette se fait en tournant la bonnette moletée ; celle-ci porte une graduation en dioptries qui se déplace devant un index fixe, permettant à chaque opérateur de repérer sa mise au point.

Nivelle. Sa fixation à la lunette. -La nivelle est du type Wild, introduit depuis un certain temps déjà dans les niveaux de haute précision. Elle se compose d'une fiole à bulle d'air sur laquelle se trouve un boîtier renfermant un jeu de prismes combiné pour donner deux moitiés d'images de la bulle séparés par une ligne fine ; la méthode ancienne, qui consistait à mettre la bulle entre deux repères est remplacée ici par une mise en coïncidence de ces deux images (voir figure 3) beaucoup plus précise et aisée. Lorsque la bulle se déplace, les deux images se meuvent dans la direction de la ligne de séparation, de la même quantité que la bulle, mais en sens inverses, si bien que, à égalité de courbure de la fiole, la précision est double de celle d'une mise entre repères ; on a utilisé une partie du gain de précision pour augmenter la courbure de la fiole, ce qui réduit dans des proportions très importantes le temps d'amortissement des oscillations de la bulle autour de sa position d'immobilité. L'examen de ces images se fait dans le voyant situé au-dessus de la boîte à prismes, dans une direction parallèle à l'axe de la lunette ; il est donc extrêmement facile de passer de la visée de la mire à l'examen de la bulle et réciproquement, ceci sans changer de place, par un simple déplacement de la tête. La bulle est éclairée par le dessous au moyen d'un petit miroir plan, étroit, aussi long que la fiole, de grand axe parallèle à celle-ci, et pouvant tourner autour de ce grand axe au moyen d'un bouton moleté situé du côté de l'objectif ; en l'orientant convenablement on obtient des images de bulle à bords nets et fins permettant une mise en coïncidence des plus précises. La gaine métallique destinée à protéger la fiole contre les chocs, porte une fenêtre étroite au droit de la direction de déplacement de la bulle, pour permettre un dégrossissage de la mise en coïncidence, en amenant grossièrement la bulle au milieu de cette fenêtre. La boîte à prismes et la fiole sont liées rigidement par leurs extrémités et, formant bloc, sont rigoureusement indéréglables l'une par rapport à l'autre. C'est leur ensemble qu'il s'agissait de fixer d'une manière absolument rigide à la lunette, Voici comment le problème à été résolu : chacune des extrémités de la nivelle est fixée à un collier faisant corps avec la lunette ; du côté de l'objectif la fixation se fait au moyen d'une rotule ; Qu côté de l'oculaire la monture de la nivelle est terminée par pièce de section droite carrée qui se trouve maintenue solidement par quatre vis, deux vis verticales qui servent au réglage du parallélisme de la nivelle avec l'axe de visée de la lunette et deux vis horizontales, utilisées pour éliminer l'erreur de croisement. L'axe longitudinal de la pièce de section droite carrée, passant par le centre de la rotule située à l'autre extrémité de la nivelle et se trouvant sensiblement confondu avec l'axe géométrique de la monture, il s'en suit que les contractions ou dilatation corrélatives aux variations de température, se traduisent par un glissement de cette pièce entre ses vis de fixation, toutes les parties de la nivelle restant parallèles à elles-mêmes et par suite par rapport à l'axe de visée de la lunette. Par conséquent le réglage du niveau est insensible aux variations de température, ce qui est capital. A moins que l'instrument ne soit soumis à un choc très violent (de nature à faire casser la fiole du niveau) on peut dire qu'il est indéréglable.

Niveau sphérique. -A gauche de la lunette, sous la nivelle, se trouve le niveau sphérique destiné à mettre l'axe vertical dans une position très voisine de la verticale.

Axe vertical. -L'axe vertical est cylindrique, en acier trempé et rectifié, Cette forme d'axe, parfaitement réalisée, contribue à la robustesse de l'instrument et, pratiquement, ne prend jamais de jeu.

Vis micrométriques. -Vis de blocage. -Toutes les vis de commande ont leur axe horizontal et se trouvent nettement dégagées, à portée de main de l'observateur ; elles ont leurs filets complètement invisibles, en vue de la protection contre la poussière et les intempéries ; la dureté des deux vis micrométriques (site et azimut) est réglable par rotation d'un écrou situé sous la couronne moletée de ces vis, et qui se trouve dégagé lorsqu'elles sont dévissées à fond ; on agit sur ces écrous au moyen d'une clé pointe spéciale fixée sur le socle de l'emballage. La vis de blocage du mouvement autour de l'axe vertical se trouve du côté opposé à l'observateur ; la vis micrométrique du même mouvement est située à gauche de la lunette. La vis micrométrique commandant le mouvement en site du bloc formé par la lunette et la nivelle se trouve du côté de l'observateur ; le double levier réducteur de mouvement par l'intermédiaire duquel est effectuée son action, permet une orientation des plus précises suivant l'horizontale.

Vis calantes. -Elles sont entièrement étanches et leur dureté est réglable par le moyen de têtes moletées que l'on serre plus ou moins. Leurs extrémités inférieures sont prisonnières dans une pièce d'acier en forme d'étoile ; celle-ci, lorsqu'elle est fixée sur la tête du pied au moyen d'une vis à pas normal, assure le blocage parfait de l'instrument sur le pied.

Emballage. -Pour être emballé, le niveau est placé sur un socle métallique où il se trouve retenu par trois taquets dont deux sont munis d'ergot à ressort, le troisième étant maintenu en place par le contact de la coiffe d'emballage ; le même socle porte en outre la vis de fixation sur le pied, un parasoleil, une clé de serrage destinée à assurer le réglage de la dureté des articulations du pied et le serrage des pièces de bois dans les pièces métalliques, ainsi qu'une clé pointe, qui sert à la manoeuvre de tous les organes réglables de l'instrument. Un casque en tôle d'acier se fixe sur ce socle par deux tiges filetées que l'on visse au moyen d'une clé spéciale; cette clé est retenue par une lanière à la poignée de cuir fixée sur le casque et qui permet le transport de l'instrument à la main extrêmement facile.

Mode d'emploi. -Il est on ne peut plus simple.

1° Mettre l'instrument en station el placer l'axe verticalement au moyen du niveau sphérique et des vis calantes.

2° Orienter l'instrument sur la mire en commençant par une orientation grossière à la main et en terminant au moyen de la vis micrométrique du maniement en site (à gauche de la lunette).

3° Rendre l'axe de visée horizontal en amenant les deux images de la bulle en coïncidence; pour ceci agir uniquement sur la vis micrométrique placée sous l'oculaire. Ceci fait, effectuer la lecture sur la mire. Pour la lecture des distances, multiplier par cent la différence des lectures faites sur la mire au droit des deux traits stadimétriques.

Contrôle et réglage. -L'instrument est réglé en usine ; si, dans un cas accidentel (chute par exemple) on est amené à contrôler la conservation des réglages et au besoin à les refaire, voici comment on opère :

1° Niveau sphérique : Il est maintenu par quatre vis disposées aux extrémités d'un carré dont deux placées à deux sommets opposés lui servent de support et dont les deux autres l'appuient sur les deux premières ; toutes ces vis sont réglables au moyen de la clé pointe de réglage fixé dans le socle de l'emballage. Le réglage de ce niveau s'opère de la façon suivante : la lunette étant mise dans une position quelconque, on amène la bulle à être concentrique au cercle gravé sur le niveau, puis, après avoir fait tourner la lunette de 180°, ce qui a pour effet, si le niveau n'est pas réglé, de déplacer la bulle, on la fait revenir au centre de celui-ci, moitié par les vis calantes et moitié par les vis de réglage du niveau.

2° Nivelle : On place l'instrument entre deux points et à égale distance de ceux-ci; ces points, distants entre eux de 25 à 30 m, sont repérés par des piquets ; les distances sont mesurées au pas ou au moyen de la stadia de la lunette. On mesure alors la différence de niveau entre les deux points et on stationne ensuite sur l'un des deux points en ayant soin de placer l'axe de l'instrument juste au dessus du piquet ; au moyen d'une mire on mesure la distance de l'axe horizontal de la lunette au sol ; cette hauteur, augmentée de la différence d'altitude déjà mesurée, donne la lecture que l'on doit obtenir sur la mire située au droit de l'autre piquet lorsque l'axe de visée de la lunette est horizontal. Au moyen de la vis micrométrique du mouvement en site on pointe la lecture ainsi déterminée. Si, à ce moment, les deux images de la bulle à travers le prisme ne sont pas vues en coïncidence, le niveau est déréglé. Le réglage s'effectue comme suit :

a) Lorsque l'écart entre les deux images de la bulle n'est que très faible on utilise uniquement le déplacement de la monture des prismes ; ce déplacement se fait par l'écrou moleté placé du côté de l'objectif.

b) Si les images de la bulle sont fortement écartées, on utilise les vis de réglage verticales situées du côté de l'oculaire. De tels déréglages ne se présentent que si l'instrument a subi un choc violent ou une chute.

3° Erreur de croisement: L'erreur de croisement consiste en ce que le plan perpendiculaire à l'axe du tore que constitue la fiole n'est pas parallèle à l'axe de visée de la lunette. Cette erreur, qui en elle-même a peu d'importance, peut être déterminée et corrigée de la façon suivante : On met l'instrument en station en plaçant un des sommets du triangle à vis calantes dans la direction de la mire que l'on veut viser et on fait après coïncidence exacte une lecture sur cette mire; on tourne d'un demi-tour une des vis calantes latérales et on ramène la ligne de visée sur la lecture initiale au moyen de l'autre vis latérale. Si, à ce moment, le niveau à bulle dévie, il y a erreur de croisement. On corrige cette erreur au moyen des vis de réglage horizontales situées du côté de l'oculaire.

Niveau à lunette Wild avec cercle horizontal

C'est exactement le niveau à lunette ci-dessus décrit, auquel on a adjoint un cercle horizontal entre les trois vis calantes et un microscope de lecture situé à droite de la lunette et contre celle-ci ; il est applicable à tous les nivellements techniques qui peuvent se présenter et sert également, grâce à la possibilité de mesurer les angles horizontaux, aux levers de terrain et jalonnements de toutes sortes en pays plat. Le cercle, de diamètre 50 mm, en verre épais, porte la graduation sur sa face inférieure argentée et se trouve inclus dans le triangle à vis calantes; il n'est découvert que par sa face supérieure au droit de la graduation ; celle-ci est donc éclairée directement par la lumière ambiante tout en étant rigoureusement étanche ; les poussières qui peuvent se déposer sur la face extérieure n'ont aucun inconvénient car elles se trouvent éloignées suffisamment du plan de mise au point pour ne pas être vues. La position du microscope de lecture, à droite et à côté de la lunette, permet de passer du pointé à travers la lunette, à la lecture du cercle, par un léger déplacement de la tête. La graduation est effectuée en grades ou en degrés et le micromètre réticulaire fixe du microscope permet la lecture directe des 10' ou 5' et une estimation de 2' ou 1'. La figure 8, en donnant différents exemples de l'image de la graduation telle qu'on la voit dans l'instrument, indique clairement comment la lecture doit être effectuée. La vis centrale de fixation peut recevoir un fil à plomb pour la mise en station. L'emballage est absolument identique à celui du niveau ordinaire, sans cercle, ci-dessus décrit.

Poids du niveau à lunette avec cercle horizontal 2 kg. 2. Poids de l'emballage I kg. 5. Poids du pied 4 kg. 5.

BAROT

Publicité Wild dans le Journal des Géomètres-Experts Français de février 1924

Publicité Wild dans le Journal des Géomètres et Experts Français d'avril 1928