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En octobre 1867, il entre à l’École navale et passe cette première année à bord du ponton école Borda. À la fin de l’année 1869, à bord du vaisseau école à hélice Jean-Bart, il découvre Alger puis l’Amérique du Sud. En 1869, son père meurt. En 1870 il embarque comme aspirant de première classe et participe sur la corvette à hélice, Decrès, à la guerre contre l’Allemagne. Il sert également sur l’aviso à hélice Vaudreuil pour une campagne en Amérique du Sud.
À la fin de l’année 1871, il embarque à Valparaiso sur le vaisseau amiral, la frégate mixte Flore[4] qui fait route vers Tahiti. Il découvre l’île de Pâques, où la Flore fait escale, et débarque à Tahiti. La reine Pomaré lui donne le surnom de Loti, du nom d’une fleur tropicale. Tenu à une obligation de réserve du fait de sa qualité d’officier de marine, il n’en fait son nom de plume qu’à partir de 1876. Pendant son séjour, il écrit Le Mariage de Loti. Cet ouvrage constitue le livret de l’opéra de jeunesse de Reynaldo Hahn (1874/1947) sous le titre de L’Île du rêve créé en 1898 à l’Opéra-Comique à Paris[5].
À la fin de l’année 1872, il rentre en France avec la Flore et le grade d’enseigne de vaisseau de deuxième classe[6].
En juillet 1873, il sert sur l’aviso à roues Pétrel sur les côtes de l’Afrique occidentale française. Au début de l’année 1874 il est « mis pour emploi » sur l’aviso à roue l′Espadon[7] et rentre en France à son bord en août 1874.
À sa demande, il passe six mois à l’école de gymnastique de Joinville (dernier trimestre 1874, premier trimestre 1875). Au printemps 1875, il est nommé sur la frégate cuirassée Couronne.
En 1877, lors d’un séjour en Turquie, il rencontre Hatice (lire Hatidjé)[8], belle et taciturne odalisque aux yeux verts, avec qui il vivra une très grande histoire d’amour. Hatice était une jeune Circassienne qui appartenait au harem d’un dignitaire turc. Avant le départ de Loti, Hatice confectionna une bague en utilisant ses propres bijoux et l’offrit à son amant. Sur la base de son journal, en 1879, il écrit Aziyadé, où il transforme certains détails, le livre se terminant par la mort des deux amants. Selon Roland Barthes[9] ou Goucourt[10], le personnage d’Aziyadé serait en réalité un jeune homme et Pierre Loti aurait masqué une pratique homosexuelle[11], comme Marcel Proust évoquant des jeunes filles en fleurs qui étaient de jeunes hommes avec des pseudonymes féminins. En tout état de cause, Pierre Loti recherchait à travers les femmes exotiques une certaine pureté primitive capable de régénérer le monde occidental[réf. nécessaire].
Plus tard, lorsque Pierre Loti revint à Constantinople, il se lança à la recherche de sa bien-aimée, et découvrit qu’elle serait morte à la suite de son chagrin et de l’ostracisme occasionné par son adultère. En 1892, il écrit Fantôme d’Orient, extrait du journal de ce retour qu’il lui dédiera.
En 1881, il est promu lieutenant de vaisseau et publie son premier roman signé « Pierre Loti », Le Roman d’un spahi.
En 1883 paraît le roman Mon frère Yves ; Pierre Loti est élu à l’Académie Goncourt et participe à la Campagne du Tonkin à bord de la corvette cuirassée[12] Atalante. Il publie le récit, heure par heure, de la prise de Hué dans Trois Journées de guerre en Annam, texte qui paraît dans les colonnes du Figaro. Loti est alors mis en disponibilité par le gouvernement de Jules Ferry qui lui reproche de dénoncer la férocité et la cruauté dont font preuve les soldats français. Le 28 avril, Julien Viaud embarque sur le transport de l’état Château-Yquem à destination des Pescadores, qu’il quittera le 5 juillet.
Il embarque en 1885 à bord de la corvette cuirassée Triomphante[13] dans l’escadre de l’amiral Courbet. Le 7 décembre 1885, la Triomphante regagne la France pour y être désarmée dans le port de Toulon. Pierre Loti assiste à la fin de la campagne de Chine puis séjourne au Japon, ce qui lui fournit la matière pour écrire Madame Chrysanthème.
En 1886, Pierre Loti publie son deuxième grand succès, Pêcheur d’Islande.
Deux fois, entre 1892 et 1898, avec une coupure de 3 ans de service à terre à la Préfecture maritime de Rochefort, le lieutenant de vaisseau Viaud commande la canonnière Javelot, stationnaire de la Bidassoa à Hendaye, où il achète une propriété. Il s’attache profondément au Pays basque qui lui inspire son roman Ramuntcho.
En avril 1888, il fait l’objet, avec une vingtaine d’autres officiers supérieurs dont Savorgnan de Brazza, d’un « dégagement des cadres » et se trouve mis d’office à la retraite avec le grade de capitaine de frégate de réserve. Il dépose un recours au Conseil d’état qui lui donne raison et la décision ministérielle est annulée. Après une mission aux Indes et en Perse pour le compte de ministère des affaires étrangères, il embarque sur le cuirassé Redoutable à bord duquel il participe à la Campagne d’Extrême Orient, à la guerre des Boxers en Chine. Il fait un nouveau séjour au Japon puis en Indochine où il visite les ruines d’Angkor.
De 1903 à 1905, il commande l’aviso torpilleur Vautour, avec sous ses ordres l’enseigne de vaisseau Claude Farrère, stationnaire à l’ambassade de France à Constantinople, et il écrit en 1906 le roman sur les harems turcs, Les Désenchantées. Le 26 août 1906, il est promu capitaine de vaisseau et effectue encore une mission en Égypte.
Le 2 août 1910, il termine sa carrière maritime qui comptait 42 années de service actif à bord de 29 bâtiments.[réf. souhaitée]
Il a 64 ans en 1914 quand commence le premier conflit mondial avec l’Allemagne. Il veut reprendre du service, mais la marine nationale refuse de le réintégrer. Il s’engage dans l’armée de terre avec le grade de colonel. Il est successivement affecté à l’état-major du gouverneur général de Paris, le général Gallieni, puis aux états majors du groupe des armées du Centre et du groupe des armées de l’Est. Ses connaissances du monde arabe et de l’islam font qu’il est envoyé en mission de conseiller auprès du quartier général de l’armée italienne, en lutte contre l’Empire ottoman allié des Allemands. Le 31 mai 1918, il est démobilisé pour raison de santé.