23 octobre 2006
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En 130 avant J-C., le premier astronome Hipparque remarque que le point de lever du soleil le jour de l’équinoxe (égalité de jour et de nuit, 21 mars et 21 septembre) se déplace chaque année d’environ 1 minute d’arc. C’est un phénomène tout à fait étonnant, qui nécessite de se remémorer deux concepts :
1) la ligne des pôles de la Terre n’est pas perpendiculaire au plan de rotation de la Terre autour du Soleil, mais forme un angle très prononcé, de 23,5°, avec ce plan. La Terre est penchée sur son écliptique, ce qui d’ailleurs donne les saisons : entre l’équinoxe de printemps (21 mars) et l’équinoxe d’automne (21 septembre), le Soleil est principalement dans l’hémisphère Nord, entre le 21 septembre et le 21 mars, il est principalement dans l’hémisphère Sud.
2) la Terre est renflée à l’équateur et aplatie aux pôles, car l’équateur est plus proche du Soleil, et subit plus la force d’attraction du Soleil.
Le phénomène de précession de la Terre observé par Hipparque est le fait suivant : non seulement on a 1) ci-dessus, mais en plus l’axe de rotation de la Terre autour d’elle-même, axe des pôles, ne reste pas fixe, mais tout en restant à 23,5° d’inclinaison décrit un cône d’angle 23,5° en faisant une révolution complète en 25 800 ans.
Ceci se traduit par deux phénomènes physiques :
a) le caractère variable du Nord polaire dans la voûte céleste ; actuellement c’est Polaris, dite étoile polaire, qui indique le Nord polaire ; il y a 13 000 ans et dans 13 000 ans c’est l’étoile Vega qui indique le Nord polaire.
b) la précession des équinoxes, c’est à dire le fait que chaque année le point d’équinoxe apparaît plus tôt, de l’ordre de 50 secondes d’arc par an ; si l’on a un peu plus de mal à se représenter cela, pensons comme l’axe des pôles N-S à un axe E-O dans le plan d’écliptique qui représente l’équinoxe, et qui comme l’axe N-S se déplace.
La précession des équinoxes est un effet gyroscopique (eh oui, encore Coriolis !), la meilleure explication qu’on puisse en donner est de comparer la Terre à une toupie :
Lorsqu’on fait tourner une toupie, au départ les forces centrifuges équilibrent le poids (ou force de gravitation), la toupie tourne suivant un axe vertical ; quand le mouvement faiblit, elle ne tombe pas directement, mais son axe de rotation se met à décrire un cône: c’est la précession de l’axe de rotation (cf. figure, qui pourrait très bien représenter aussi la précession de la Terre sur son cône d’angle 23,5°).
La précession de la Terre (ou " précession des équinoxes ") est semblable à cela, à quelques différences près. D’abord, point 2) ci-dessus, c’est bien parce que la Terre est assimilable à une toupie (renflée en son centre) qu’elle précesse. Par ailleurs, le mouvement est permanent dans la cas de la Terre, il ne faiblit pas, mais c’est le même phénomène : les forces de gravitation exercées par le Soleil sur le renflement équatorial ne s’équilibrent pas avec les forces centrifuges de rotation de la Terre autour d’elle-même ; ces forces cherchent à ramener la Terre sur un axe de rotation vertical (et non incliné). Et, comme la Terre est en rotation donc subissant des forces centrifuges, c’est l’effet gyroscopique qui s’applique, à la Terre comme à la toupie : la composante du couple de rotation dû à l’attraction solaire et du couple centrifuge donne une rotation dans la troisième direction (force de Coriolis égale au produit vectoriel des deux effets), et c’est l’axe polaire lui-même, comme celui de la toupie, qui se met à tourner en décrivant un cône.
Rappelez-vous, l’effet gyroscopique, c’est l’effet roue de vélo ; à l’exploratorium de San Francisco j'ai vu la plus belle expérience sur le sujet : vous prenez une roue de vélo en rotation forte entre les mains en la tenant par l’axe, vous essayez de tourner l’axe comme un volant, l’axe résiste, en revanche le fauteuil tournant sur lequel vous êtes assis tourne, dans la troisième dimension produit vectoriel des deux premiers couples.
Et voilà pourquoi la Terre perd le Nord!
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Published by Alexandre Moatti
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D'autres quasi-indispensables physiques
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