LA LUNE : lumière sur ses phases ; les éclipses.

La production ou non de lumière de la part d’un corps céleste est centrale pour que nos élèves puissent comprendre les cycles jour/nuit mais également les phases de la lune et les phénomènes d’éclipse. Pour ce faire, quelques notions, notamment d’optique géométrique sont à revoir.

C’est bien le soleil, puisqu’il est une étoile, qui produit de la lumière. Cette source de lumière primaire se manifeste sous forme de rayons qui partent dans toutes les directions. À l’échelle des astres, nous pouvons considérer que les rayons lumineux qui atteignent la Terre sont rectilignes et se propagent donc de manière homogène en ligne droite.

Il est important de préciser que la lumière, en tant que telle, ne se “voit” pas. Nous la voyons soit lorsqu’elle atteint un objet (et que l’objet nous renvoie en partie la lumière qui l’atteint), soit directement la source lumineuse qui parvient jusqu’à notre œil. Un objet qui renvoie de la lumière est donc un émetteur secondaire de lumière.

En classe, l’expérience rapide et simple peut-être faite en pointant un laser vers un mur: nous ne pouvons voir que le point lumineux sur le mur et non pas le faisceau entre le pointeur et le mur.

La lune étant un satellite naturel et n’étant pas un émetteur primaire de lumière, nous pouvons donc la voir parce qu’elle est éclairée par le soleil et parce qu’elle nous renvoie une partie des rayons qui atteignent alors notre œil. Si la lune produisait sa propre lumière, nous la verrions lune toujours pleine.

Sur la maquette proposée pour les activités, ainsi que sur le schéma, nous pouvons constater que la lune est toujours éclairée de la même façon par le soleil, c’est-à-dire la moitié qui lui fait face. Les phases de la lune sont donc une conséquence du changement de notre position relative à la Lune et non parce qu’elle est éclairée différemment. Attention : les phases de la lune ne sont pas dues à la projection de l’ombre de la terre !



L’utilisation de la maquette en classe a révélé que les deux groupes constitués présentaient des conceptions “naïves” du fonctionnement de la lumière (à la fois sur la manière dont elle se projette et les ombres créées). L’utilisation de la maquette pose également la question de la différence entre les éclipses et les phases de la lune.

Le cycle de la lune comporte huit phases répétitives, qui sont dues aux positions relatives de la Lune et de la Terre. La Lune est toujours éclairée de la même manière par le soleil (voir ci-dessus), mais son orbite ne se situe pas sur le plan de l’écliptique (voir le vocabulaire à la fin de la page). De ce fait, nous pouvons observer soit la pleine lune, soit la nouvelle lune, sans pour autant nous trouver dans une situation d’éclipse lunaire ou d’éclipse solaire.

PE : Plan de l’écliptique

Dans le cas de la nouvelle lune, nous ne pouvons pas voir celle-ci depuis la terre, puisqu’elle nous présente sa partie qui n’est pas éclairée par le soleil. Nous ne sommes pas dans une situation d’éclipse SOLAIRE, car la lune est belle et bien décalée par rapport au plan de l’écliptique. Les éclipses sont par conséquent beaucoup plus rares: il faut attendre que l’orbite de la lune s’aligne sur celle du plan de l’écliptique.

PE: Plan de l’Écliptique


L’éclipse LUNAIRE, quant à elle, est à bien distinguer d’une des phases de la lune : la pleine lune. Dans le cas de l’éclipse de lune, c’est bien l’ombre de la terre que l’on observe. Dans le cas des phases de la lune “classiques”, la terre ne projette pas son ombre. C’est la position de la lune par rapport à la terre qui ne nous permet que de la voir partiellement éclairée.

Lors de l’éclipse lunaire, nous pouvons observer notre terre qui projette son ombre. Le phénomène se déroule en plusieurs étapes. Sur la timelapse présentée, dans un premier temps, la forme de la terre se distingue très nettement. Ensuite, lorsque nous arrivons à l’éclipse totale, la lune devient rouge.

PE: Plan de l’Écliptique

Comment expliquer ce phénomène ? Les rayons du soleil traversent l’atmosphère de la terre et sont diffracté. En effet, lorsque la lumière du soleil arrive sous cet angle, il lui faut traverser l’atmosphère épaisse de la terre, causant une diffraction des ondes lumineuses. Dans cette couche dense, les courtes longueurs d’ondes (les bleus) sont davantage diffractées et seul le reste des longueurs d’ondes parviennent à traverser complètement l’atmosphère pour finalement arriver à la lune, qui nous apparaît alors rouge. C’est également la raison pour laquelle les couchers de soleil nous apparaissent de cette couleur. 

Ressources supplémentaires :