Mouvements de la Terre et de la Lune
Qu'est-ce qui tourne ?
I La Terre
Sur la Terre, sphérique (sphéricité découverte par les Grecs, première mesure du rayon terrestre par Erathostène au IIIeme siècle av J.C), on peut situer un lieu par le système des parallèles (repérés par la latitude) et des méridiens (repérés par la longitude). Le méridien origine, est par choix historique, celui de Greenwich (longitude 0°).
Fig 1
2 Mouvements de la Terre
La Terre tourne sur elle même autour de l'axe des pôles en un
jour ( jour sidéral de durée 23h 56min 4sec), dans le sens
direct (comme en trigonométrie), ou, comme dit parfois en
astronomie, le sens prograde. Encore autrement dit, c'est le
sens Ouest --> Est. Ce mouvement est appelé le mouvement de rotation.
Elle tourne également autour du Soleil en un an (365, 24219...jours), dans le même sens (sens prograde) que celui de rotation. C'est le mouvement de révolution. Ce mouvement se fait dans un plan, appelé plan de l'écliptique (car c'est dans ce plan que se produiront les éclipses)
Le fait que la
Terre tourne autour du Soleil tout en tournant sur elle même
explique que le passage successif du Soleil au méridien d'un
lieu (c'est à dire le jour solaire), prenne un peu plus que
23h56min 4sec : soit 24h, durée bien connue...qu'on appelle
jour solaire.
La forme de l'orbite terrestre, c'est à dire la trajectoire du mouvement de révolution, est, à une très bonne approximation près, un cercle, centré sur le Soleil, de 150 millions de km de rayon.
Fig 2
Le diamètre du Soleil étant de 1,4 millions de km, celui de la Terre 13 000 km, et la distance Terre-Soleil de 150 millions de km, on conçoit que cette figure n'est pas à l'échelle.
Vue en perspective comme c'est souvent le cas, l'orbite terrestre a l'apparence d'une ellipse. Cette représentation a l'avantage de montrer que l'axe des pôles est incliné par rapport au plan de l'orbite terrestre et que sa direction est constante (vers l'étoile Polaire). Par contre, il est plus difficile d'y voir que la distance Terre-Soleil est constante.
Fig 3
Historiquement, c'est au XVIe et XVIIe siècles (Copernic, Galilée) que les mouvements de la Terre ont été admis. Képler (1605), montra qu'en réalité l'orbite terrestre n'est pas tout à fait circulaire. (La distance Terre-Soleil varie entre 147 et 152 millions de km, et c'est en janvier que la Terre est le plus près du Soleil.)
3 Jour-nuit, saisons.
La traduction de ces mouvements au niveau terrestre (par ex en France, figurée sur les schémas par une croix) est le phénomène de l'alternance jour-nuit et celui des saisons.
Il y a, en France, alternativement passage dans la lumière solaire puis dans l'obscurité. Le Soleil apparaît du côté de l'Est (lever), culmine au Sud, puis disparaît de côté de l'Ouest, du fait du sens de la rotation de la Terre. Le cycle dure un peu plus que 23h56min car la Terre tourne aussi autour du Soleil. C'est ce qu'on appelle le jour solaire, intervalle de temps entre deux passages consécutifs du Soleil au Sud, de durée 24h (le choix de 24 plutôt que 10 relève de raisons historiques et mathématiques).
La durée du jour (mot pris dans le sens commun : période où on voit le soleil au dessus de l'horizon), varie selon l'époque de l'année. Sur la fig2, on voit que la durée d'éclairement de la croix dépend de la position de la Terre sur son orbite.
En France, les jours sont les plus courts au solstice d'hiver, sont les plus longs au solstice d'été, et durent 12h (même durée que la nuit), aux équinoxes (d'où ce terme).
On a donc, sur les fig 2 et 3, les positions de la Terre comme suit :
1 : solstice d'été
2: équinoxe d'automne
3: solstice d'hiver
4: équinoxe de printemps
4 Les différentes heures (conséquence du mouvement de rotation)
La Terre tournant de l'Ouest vers l'Est, on a, pour différents lieux à sa surface :
En A, le Soleil culmine au Sud :
il est midi solaire (milieu de la partie éclairée)
En B, le Soleil vient de se lever, c'est le matin ; en C il va
se coucher, c'est le soir.
En A et L (ex Amiens et Laon), points très voisins, L étant situé à l'est de A, l'heure solaire diffère. Il est plus tard en L.
On voit donc qu'on peut définir une heure solaire (il est midi solaire si le Soleil passe au Sud), qui est la même sur un méridien donné, mais qui diffère si on va vers l'est ou l'ouest.
Pour éviter ces difficultés, on se règle sur une heure légale, qui est la même partout dans une région donnée (par exemple en France).
L'heure légale du méridien de
Greenwich, anciennement nommée G.M.T est appelée T.U (temps universel).
L'heure TU est la même partout dans le monde, ce qui est commode
pour les transports aériens. On trouve aussi le sigle anglais
UT, voire UTC (temps universel co-ordinné)
En France,
l'heure légale est T.U +1 en hiver, T.U + 2 en été.
On a divisé le globe en 24 fuseaux horaires (théoriquement découpés sur les méridiens de 15° en 15°, en effet 15° = 360/24). En pratique, les fuseaux suivent les frontières administratives.
En changeant de fuseau vers l'est (il est plus tard), l'heure légale augmente de 1. Vers l'ouest, l'heure légale diminue de 1.
5 La Lune et ses mouvements (NB: les documents pédagogiques ont été déplacés ici)
Satellite naturel de la Terre, la Lune tourne autour de celle-ci, sur une orbite approximativement circulaire.
Comme nous
ne pouvons voir que la partie éclairée, selon que la Lune est en
1,2,...8 elle n'aura pas le même aspect, vue de la Terre : c'est
le phénomène des phases,
qui n'est donc pas du à l'ombre de la Terre (idée fausse
répandue), mais à la position de la partie éclairée vis à vis de
l'observateur. Il y a un nombre infini de phases, quatre sont
remarquables :
| Description | aspect visible | symbole des calendriers |
| En 5, elle est entièrement visible : c'est la pleine Lune (PL), visible toute la nuit sur Terre |  |
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| En 7, nous n'en voyons que la moitié dirigée vers le Soleil, c'est un quartier |  |
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| En 1, nous ne pouvons pas la voir depuis la Terre. C'est la nouvelle Lune |  |
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| En 3, c'est également un quartier, mais vue de la Terre, la partie éclairée est visible de l'autre côté. |  |
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Les autres phases sont des phases intermédiaires : croissant (2 et 8), lune gibbeuse (4 et 6).
L'ordre des phases tel qu'on peut l'observer va de 1 à 8. Le sens du mouvement de révolution lunaire est donc le même que le sens de rotation terrestre. Le cycle commençant conventionnellement à la NL, 3 correspond à un premier quartier (PQ) et 7 à un dernier quartier (DQ).
La durée
d'un cycle (d'une PL à une autre PL par exemple) est de
29,52...jours ( appelé révolution synodique ou plus simplement lunaison).
La Lune fait un tour de la Terre en 27,3 jours. Cette durée, plus courte que la lunaison, vient du fait que la Terre tournant également autour du Soleil, il faut environ 2 jours supplémentaires pour une même phase.
La Lune présente à la Terre la même face (face visible). Ceci s'explique par son mouvement de rotation (sur elle même), mouvement synchrone de celui de révolution. (Cette synchronisation n'est pas un hasard, elle est due aux forces gravitationnelles de marée entre Terre et Lune). Il est impossible de voir depuis la Terre la face cachée.
6 Eclipses
Le plan de révolution lunaire ne coïncide pas toujours avec le plan de l'écliptique. Quand cela arrive et si Soleil, Terre et Lune sont alignés se produisent alors les éclipses.
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| Une manipulation pour simuler des éclipses | Eclipse de Soleil | Eclipse de Lune |
