LA ROTATION DE LA TERRE & LE CYCLE JOUR/NUIT


Pour établir les bases:
– la Terre est en rotation sur un axe fixe (droite imaginaire),

– la Terre tourne d’Ouest en Est (sens anti-horlogique), ce qui crée l’alternance jour/nuit, 

Nous distinguons une rotation complète, avec le jour sidéral (23H56 min, 4s) et une journée solaire (24H en moyenne). Cela s’explique par le fait que la terre effectue également une révolution autour du soleil : la terre doit donc tourner plus qu’un tour complet pour se retrouver dans sa position initiale face au soleil.

La planète tourne autour d’un axe de rotation, qui n’est pas perpendiculaire à l’orbite de la terre. La convention veut que l’axe soit incliné de 23° (il existe de légères variations sur plusieurs centaines d’années, donc négligeables à l’échelle d’une vie). Cette inclinaison est à différencier de l’axe perpendiculaire à l’orbite qui sert de point de référence pour le cycle jour/nuit. C’est aussi l’axe de rotation qui explique les saisons (et non l’éloignement de la terre du soleil sur son orbite !) et la variance du jour et de la nuit selon celles-ci. C’est bien la rotation de la terre sur elle-même qui crée le cycle jour/nuit et l’impression de “voir” le soleil se “lever” et se “coucher” car l’étoile, en réalité, ne s’arrête jamais de briller.

uniquement valable en l’hiver dans nos régions

Ce genre de dispositif en classe est une bonne occasion pour revenir sur plusieurs termes essentiels que les élèves semblent confondre. La terre fait partie de la grande famille des planètes : un corps céleste ne produisant pas sa propre lumière, tournant autour d’une étoile (dans notre cas, le soleil). Une étoile, elle, est un corps céleste brillant et produisant sa propre lumière. Enfin, un satellite naturel est un corps céleste orbitant autour d’un plus grand objet, souvent une planète. La lune est un satellite naturel.

Pourquoi insister sur la rotation terrestre ? Car le fait que la terre soit immobile crédibilise grandement le modèle géocentrique. Pour que le modèle héliocentrique soit plus efficace et réduise les erreurs de calculs par rapport au modèle géocentrique, il nécessite une condition : la terre doit tourner. Or, de l’Antiquité au début des Temps Modernes, cette idée semble impossible. Bien que Galilée affirmait déjà cette hypothèse en 1633 lors de son procès face à l’Église, cette dernière se base sur les arguments des Anciens pour contrer Galilée dans ses réflexions. En effet, Ptolémée (90-168 ap. J.C.) avait pensé à tous les arguments que l’on pouvait opposer à la rotation terrestre. En voici quelques uns qui pourraient rejoindre les conceptions instinctives de vos élèves :

  • “Si la terre est en mouvement sur elle-même, alors cela créerait de tels vents que tout serait éjecté”. Faux : grâce à la force de gravitation, l’atmosphère reste confinée à la surface de la terre qui nous protège de l’espace. Semblable au passager d’un train dans un TGV, les molécules de l’atmosphère suivent la terre à la vitesse de sa rotation.
  • “Si la terre et l’air bougeaient ensemble, alors tout nous paraîtrait fixe, car cela rend impossible les changements des positions relatives de corps solides dans l’air”. Faux : comme expliqué auparavant, l’atmosphère peut être considérée comme “tournant” avec la terre, ne formant qu’un seul bloc, grâce à la force de gravitation. Cependant, cela n’empêche pas les variations locales (par exemple, des zones de pression et de dépression, causant respectivement le beau temps et le mauvais temps) avec des variations de températures, ce qui crée des mouvements d’air au sein des différentes couches de l’atmosphère. Un concept général ne doit pas empêcher de nuancer son fonctionnement particulier. 
  • Si la terre tournait, un corps lâché d’une certaine hauteur atterrirait  à l’ouest du point de départ. 

Pour cette dernière affirmation, Galilée, durant son procès, reviendra sur des expériences de physique dont il fera la démonstration devant l’assemblée. Il démontre, en plaçant un poid en haut d’un mât d’un bateau qui ne bouge pas, et un même poids en haut d’un mât d’un bateau en mouvement, que les deux poids une fois lâché tombent exactement de la même manière. Malgré cela, l’auditoire éclisiastique ne fut pas convaincu. Et les découvertes de Newton (1687) sur la gravité ne viendront que 54 ans plus tard. Face au déni de l’Eglise, en plein procès, Galilée aurait rétorqué: “Et pourtant … elle tourne ! “ 

Il faudra attendre la démonstration de Léon Foucault (1819-1868), un astronome français, pour mettre en évidence le phénomène de rotation de la terre. Avant cette expérience, les physiciens étaient persuadés qu’une pendule oscille toujours de manière fixe. L’installation de par Foucault d’un gigantesque pendule,  en 1851, au Panthéon de Paris, permit d’amplifier les mouvements qui étaient difficilement visibles à une échelle plus petite, ainsi que de balancer assez longtemps, grâce à son inertie plus grande, afin de pouvoir observer précisément ses mouvements.

Balançant sur une ligne de 67 mètres de long, le poids de la pendule pesait près de 28 kilos ! En oscillation libre, Foucault a vite fait de se rendre compte que celle-ci n’est pas fixe, mais que le pendule fait le tour du cadran en un jour sidéral, en se déplaçant toujours vers l’Est. Les anciens physiciens n’avaient pas tout à fait tort : le plan d’oscillation du pendule est fixe: c’est la terre qui tourne. Par conséquent, c’est bien le “support” en dessous du pendule qui bouge et qui rend compte de la distance parcourue.


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