HÉLIOCENTRISME VS GÉOCENTRISME : que prouver ?


Le géocentrisme : c’est quoi ?

Une partie de vos élèves pourrait posséder une conception géocentriste de notre système solaire. Lors d’un essai dans une classe quatre élèves déclaraient ouvertement que c’était la terre qui tournait autour du soleil.

Exemples de conceptions géocentristes au début de la séquence :
Représentation géocentriste 1 :                      

Représentation géocentriste 2 : l’élève précise à l’écrit “ils [le soleil et la lune] tournent autour de la terre”.

Au cours des discussions de classe, il s’est avéré que souvent beaucoup plus d’élèves tentent de réconcilier le modèle géocentrique (qui découle des observations qu’ils peuvent faire au quotidien, avec les mouvements apparents du soleil par exemple) et le modèle héliocentrique qu’ils savent comme étant adopté par les adultes. En résulte une conception qui entravera plus tard les notions de forces et de gravité travaillées en physique.

“Évolution des types de représentations de la terre selon Nussbaum. Les élèves présentent d’abord une conception platiste ou la force de gravité se dirige à la verticale vers la terre. Ensuite, les élèves présentent une conception de la terre comme étant ronde, mais conservent une représentation de la force de la gravité qui fonctionne avec le platisme. Enfin, les élèves intègrent que la terre est ronde ET que la force de gravité se dirige bien vers le centre de la Terre.”



Il apparaît donc essentiel de revenir sur la définition même du géocentrisme : pour adhérer à celle-ci, les élèves doivent adhérer à son entièreté. Ils ne peuvent pas choisir uniquement les critères qui leur conviennent.

Le modèle géocentrique (issu de Ptolémée, 90-168 ap. J.C.) répond à trois critères principaux :

  1. La terre est immobile, 
  2. Le reste du monde est organisé autour d’elle, semblable aux couches successives d’un oignon, 
  3. Tous les astres sont parfaits et sans défauts.

Pour voir l’évolution des représentations du géocentrisme à l’héliocentrisme, un tableau récapitulatif est disponible: Un peu d’Histoire.

Pourquoi parler des apports de Galilée ?

C’est ici qu’intervient Galilée (1564-1642). Bien que déjà durant l’Antiquité, d’autres hypothèses sont admises et discutées, deux obstacles se présentent. Premièrement, les moyens techniques n’existent pas encore pour prouver l’héliocentrisme. Deuxièmement, la prévalence de l’influence de l’Église catholique durant le XVIème siècle assied la théorie géocentriste de Ptolémée par argument d’autorité. Remettre en question cette explication concernant le fonctionnement du monde revient à saper les écrits bibliques, et donc, à saper l’autorité religieuse. 

Pour en savoir plus sur le contexte historique lié à Galilée : Un peu d’Histoire


Malgré ce contexte, le mouvement humaniste qui prend naissance durant la Renaissance (mettant l’homme au centre de l’attention plutôt que Dieu) permet l’émergence d’une véritable communauté savante, qui peut alors se libérer petit à petit des influences religieuses. Ce mouvement issu de l’Époque moderne (1453-1789) permettra des avancées techniques et scientifiques importantes, dont Galilée fut un des nombreux représentants. Se basant sur les travaux de Copernic (1473-1543) et ses critiques, Galilée utilise les techniques novatrices de fabrication du verre (possiblement issue des Pays-Bas) pour créer une lunette astronomique bien plus efficace que ce qui avait été conçu jusqu’alors.

Pour la première fois dans l’Histoire, il est possible aux femmes et aux hommes d’observer la lune agrandie une vingtaine de fois et d’en observer les détails. Révélation renversante : la lune n’est pas l’astre parfait que prédisait Ptolémée.

Un pan de la théorie géocentriste s’effondre donc à mesure que les observations de Galilée s’enchaînent : si les astres ne sont pas parfaits, dès lors, peut-on mettre en doute le reste de la théorie géocentrique ?

Les observations de Jupiter et ses satellites (qui tournent autour de la planète et non autour de la terre) est un argument supplémentaire comme quoi la théorie de Ptolémée est obsolète. Pour autant, les preuves d’observations directes de l’héliocentrisme devront attendre la conquête spatiale.

Pour réaliser les observations de Galilée concernant Jupiter et ses satellites, rendez-vous ici : Réaliser certaines manipulations numériques.

Un mot sur la gravité

La notion de gravité, au cours de la séquence expérimentée en classe, est apparue comme centrale. Lorsque l’héliocentrisme est abordé avec les élèves, les questions émergent. Exemple de questions d’élèves:

– Pourquoi les planètes sont-elles attirées par le soleil ?
– Pourquoi les planètes ne se “cognent”-elles pas dessus ?
– Pourquoi est-ce que la lune ne “tombe” pas sur la terre ?

Répondre par un argument d’autorité, par exemple  “les planètes suivent des orbites et c’est ainsi” semble créer plusieurs problèmes de compréhension de la matière par la suite, en plus de donner une image dogmatique des sciences. Utiliser l’explication du soleil qui possède une force d’attraction semblable à celle d’un aimant crée également quelques blocages : certes, le soleil attire, mais alors pourquoi les planètes ne se collent-elles pas contre lui, à la manière de deux aimants ? 

La réponse se trouve dans l’explication de la loi de la gravitation universelle de Newton (1642-1727), qui s’énonce comme suit : “deux corps quelconques s’attirent en raison directe de leur masse et en raison inverse du carré de la distance de leurs centres de gravité”.

Tous les corps dans l’univers s’attirent dépendant de :

  •  la distance entre eux (plus la distance est faible, plus l’attraction est faible),
  •  la masse de ces corps (plus la masse est importante, plus l’attraction de ce corps est forte). 


Le centre d’attraction de la terre se trouve en son centre et cela permet à vos élèves de construire une vision d’une terre sphérique plus juste scientifiquement (comme expliqué plus haut : les enfants ont souvent tendance à combiner le modèle de la terre sphérique et ce qu’il observe au quotidien avec une gravitation qui “tirerait” les objets vers le bas de manière uniforme et non pas en fonction du centre de la terre).


En physique, on s’intéresse au centre d’une planète, car c’est la prise en compte de ce point qui permet de calculer correctement les forces. Ce point est placé en son milieu et concentre toute la masse de l’astre. Selon la loi de Newton, nous-même pouvons être assimilés à un centre d’attraction qui est en fait notre point d’équilibre. Bien sûr, celui de la terre est tel que notre attraction est ridicule en comparaison ; et pourtant, nous attirons la planète à nous. C’est valable pour n’importe quel objet, comme le mythe de la pomme de Newton : la terre attire la pomme, mais la pomme attire également la terre, ce qui fait que même laissée tombée d’une certaine hauteur, la pomme finit par toucher le sol. 

Par contre, si la pomme est lancée dans une direction : la pomme va retomber sur la terre, mais également aller dans la direction dans laquelle nous l’avons lancée (V1). Plus la vitesse augmente (V2), plus la pomme tombe loin. Si la pomme était lancée avec une vitesse suffisante, cette vitesse compenserait l’attraction de la terre sur celle-ci : la pomme se retrouverait en orbite. La pomme tombe, mais elle tombe aussi rapidement que la courbure de la terre s’éloigne.

Nous pouvons prendre en exemple l’ISS avec une vitesse de plus de 27 000 km/h (cela représente un trajet Paris-New-York en 13 minutes). La station n’a besoin d’aucun moteur, car sa vitesse initiale lors du lancement a été conservée : dans l’espace, il n’existe aucune résistance de la part de l’atmosphère. C’est également valable pour la Lune tournant autour de la Terre; et la Terre tournant autour du Soleil.

Mouvements rétrogrades de mars : un autre argument

Pour consulter la matière de secondaire relative aux mouvements rétrogrades, rendez-vous ici: Ressource supplémentaire: les mouvements rétrogrades de Mars


Un autre argument en faveur de l’héliocentrisme est l’observation des mouvements rétrogrades de Mars. Ce type d’argument nécessite de passer en revue les lois de Kepler, qui sont souvent très difficiles à appréhender pour les primaires et qui créent plus de confusion que d’occasions de compréhension.

Ainsi, en classe de primaire, aborder l’héliocentrisme à travers Galilée et la conquête spatiale est normalement suffisant, en précisant que les orbites sont rondes (le modèle de Copernic suffit donc à une compréhension du phénomène en primaire, toutefois, il est préférable de le préciser à vos élèves pour ne pas qu’ils soient surpris en secondaire). Nous savons que les orbites sont en réalité des ellipses, et que la vitesse de la planète varie sur celle-ci… ce qui permet d’aborder l’argument des mouvements rétrogrades de Mars comme preuve de l’héliocentrisme.

Ressources supplémentaires