Rotation de la Terre

La rotation de la Terre est le fait que la Terre (la planète sur laquelle on vit) tourne sur elle-même. Les saisons, elles, viennent en premier lieu de la révolution de la Terre autour du Soleil.

La Terre vue de l'espace

Pas en 24 heures

La Terre ne tourne pas en 24 heures, mais en 23 heures, 56 minutes et 04,3 secondes, qui est la durée du jour sidéral.

De 24 heures à 23 heures et 56 minutes, il y a 4 minutes d'écart. Pourtant la durée du jour apparent ou jour solaire est bien de 24 heures. (quand le soleil est au plus haut dans la journée à une certaine heure, il sera au plus haut 24 heures plus tard). C'est que s'ajoute à la rotation de la Terre sur elle-même la révolution de la terre autour du soleil. Cela fait un tour à rattraper par an ou 365 jours soit 4 minutes de plus par jour.

Axe de rotation

La Terre tourne autour d'un axe de rotation, c'est-à-dire une droite (imaginaire), qui passe par le centre de la Terre. Cet axe est un des diamètres de la sphère terrestre. Les deux points de la sphère terrestre que croise cet axe sont les deux pôles : le pôle Nord et le pôle Sud. On l'appelle l'axe nord-sud, ou l'axe des pôles.

Le mouvement de rotation se fait d'ouest en est.

Obliquité ou phase de rotation

En plus de ce mouvement, la Terre tourne autour du Soleil. L'axe est légèrement incliné par rapport au plan sur lequel la trajectoire s'effectue : le plan de l'écliptique. L'axe nord-sud forme par rapport à la verticale du plan un angle de 23° 26' 11". C'est l'obliquité de la Terre.

L'obliquité de la Terre varie au fil des années, sur une période de 41 000 ans. Ses variations sont assez complexes, mais elles sont stabilisées par la présence de la Lune, le satellite naturel de la Terre.

Le jour et la nuit

Le jour et la nuit dus à la rotation terrestre

Le mouvement de rotation fait l'alternance du « jour » et de la nuit.

Autour de l'équateur :

• Pendant une moitié de la journée, un point à la surface de la Terre est éclairé par le Soleil. C'est le jour.
• Pendant l'autre période, le point passe derrière et n'est plus éclairé. C'est la nuit, on ne voit plus le Soleil.

La rotation détermine donc le mouvement apparent du Soleil : l'observateur sur Terre constate que le Soleil apparait ("le lever") à l'est, est au plus haut dans le ciel à midi (heure solaire), puis disparait ("le coucher") à l'ouest.

La durée du jour et de la nuit varie en fonction de la position par rapport à l'équateur et aux pôles c'est-à-dire la latitude et à la période de l'année. Cette variation s'explique par l'obliquité de l'axe de rotation. Au-delà des cercles polaires, il y a des journées sans jour, et des journées sans nuit !

Conséquences de la rotation terrestre sur les vents et les courants marins

Selon leur latitude, les points de la surface de la Terre ne se déplacent pas à la même vitesse. Un point de l'équateur parcourt les 40 075 kilomètres de la circonférence en 24 heures soit à la vitesse d'environ 1670 km/h. Cette dernière est la seule vitesse réelle de rotation de la planète. Il n'en reste pas moins qu'une personne située sur un parallèle plus court ira moins vite puisque la durée de la rotation (24 heures) ne varie pas. Ainsi Paris, situé dans les latitudes moyennes (48° 51' N environ) se déplace à 1099 km/h. Aux cercles polaires, cette vitesse n'est plus que de 664 km/h. Aux pôles, la vitesse est très réduite (3 km/h environ).

La déviation des vents liée à la rotation terrestre

Cette différence de vitesse de rotation selon la latitude modifie la direction des vents qui sont la conséquence du déplacement de l'air d'une latitude à l'autre. Il en est de même pour les courants marins. (voir le croquis ci-contre, à gauche) Un vent provenant des hautes pressions tropicales nord et se dirigeant vers les basses pressions équatoriales a une orientation théorique nord-sud. Mais du fait que son point d'arrivée, l'équateur, se déplace plus vite (1670 km/h) que son point de départ, le tropique du Cancer (1532 km/h), le vent n'atteindra pas son point d'arrivée théorique, mais un point situé plus à l'ouest. Les vents subissent donc un infléchissement vers le couchant. Leur direction générale est alors nord-est/sud-ouest. Ces vents forment les alizés. Parvenus aux latitudes tropicales, ils s'orientent alors vers l'ouest et suivent les côtes du Brésil ou du Venezuela et de Colombie. Ce phénomène général dans l'hémisphère Nord a été mis à profit par les navigateurs portugais et espagnols au moment des grandes découvertes au XV^e siècle. Partis d'Europe, poussés par les vents alizés, ils ont atteint le Brésil et les Antilles situés respectivement au sud-ouest et à l'ouest du Vieux Continent. Dans l'hémisphère Sud, et toujours dans l'Atlantique, la déviation des vents se fait aussi vers l'ouest et leur orientation générale devient sud-est/nord-ouest. Au niveau de l'équateur, les alizés prennent la direction de l'ouest, traversent l'océan jusqu'au Brésil dont ils suivent les côtes. Ils rejoignent lâ leurs homologues de l'hémisphère Nord.

"Mouvement" des étoiles

Si la révolution de la Terre explique le mouvement apparent du Soleil, il explique aussi le mouvement apparent d'une étoile. Durant une nuit, pour un observateur au sol, les étoiles effectuent un mouvement uniforme de rotation. L'axe de rotation est incliné en fonction de la latitude.

		Le savais-tu ?
	Pourquoi ne sentons nous pas que la Terre tourne sur elle-même ?
C’est parce qu’on tourne exactement en même temps qu’elle… et que l’on n’est pas très sensible ! C’est une question de physique. Commencons par faire une comparaison. Représentation de la force centrifuge (grosse flèche violette) sur un véhicule qui tourne. Dans un véhicule : s’il avance en ligne droite, sans accélérer, sans qu'on puisse regarder par la fenêtre ni sentir de secousse, on ne peut pas savoir s’il est arrêté ou s’il avance, bref, estimer la vitesse à laquelle il va. Dans un tel véhicule, on te trouve dans un référentiel qu’on qualifie de galiléen ; c’est le plus simple et pratique des référentiels. À présent, si le véhicule accélère ou tourne, on va le sentir à cause de forces : une force va nous tirer en arrière (si accélération), en avant (si décélération) ou sur un côté (la force centrifuge, si le véhicule tourne). Ces forces sont appelées forces inertielles (ou d’inertie) et apparaissent dès qu’un référentiel n’est plus galiléen ; c’est donc grâce à elles que l'on sait (sans regarder par la fenêtre) si le conducteur freine ou s'il a fait une embardée pour éviter un écureuil sur la route. Dans ces cas-là, le référentiel n’est évidemment plus galiléen (soit on ne se déplace plus en ligne droite, soit plus à vitesse constante), d’où l’existence de ces forces. La Terre, pour sa part, peut être considérée comme un référentiel galiléen… ou pas. Cela dépend en fait de la durée qui nous intéresse : sur un laps de temps plutôt court (moins d’une ou deux heures), la Terre, placée dans le système solaire, n’a pas beaucoup tourné sur elle-même. Si peu, en fait, qu’on considère que, par rapport au Soleil, on ne s’est déplacé qu’en ligne droite ! Même si c’est mathématiquement faux, la différence ne se ressent pas à notre échelle. De plus, la Terre pivote à vitesse constante ; sur ce petit déplacement presque en ligne droite, la Terre est comme notre véhicule du premier paragraphe et donc le référentiel terrestre est galiléen. Du coup, comme dans le véhicule, on ne sent pas de mouvement extérieur ! C’est une propriété commune à tous les référentiels galiléens et édictée par Newton : à l’intérieur, on ne sait pas si on se déplace par rapport à l’extérieur, parce que on ne perçoit rien de cet extérieur (en ce qui concerne les forces d’inertie). Sauf que la Terre finit quand même par vraiment tourner sur elle-même ! Sur un trajet qui dure plus de quelques heures, on ne peut plus faire comme si les points à la surface de la Terre avaient eu un déplacement rectiligne car elle a sensiblement tourné sur elle-même, et le référentiel terrestre n’est alors plus galiléen : il apparait donc ces étranges forces inertielles. La jolie forme en spirale des dépressions est due à une force d' inertie, la force de Coriolis. Quand on cherche à « ressentir » le mouvement de la Terre, on le fait sur une période très courte, quelques secondes au grand maximum (parce qu'on compare chaque instant au précédent en tentant de sentir une différence). Or, sur cette période si courte, le référentiel terrestre est galiléen : aucune chance de percevoir les forces d’inertie qui nous indiquent le mouvement ! En revanche, sur des phénomènes qui durent plus longtemps (Pendule de Foucault, trajectoire de missile à longue portée) ou qui sont plus sensibles (comme ceux qui concernent la mécanique des fluides : tourbillons, nuages, turbulences), les forces inertielles ont une influence non négligeables : voir les liens précédents, plus celui-ci (vers Wikipédia) : force de Coriolis. Pour résumer : On ne sent pas la Terre tourner parce que son mouvement de rotation sur elle-même est plutôt lent à notre échelle (24 heures pour faire un tour complet) ; du coup, sur une courte période de temps, on dirait qu’un point à sa surface va tout droit, et donc les lois physiques du déplacement rectiligne uniforme s’appliquent : pas d’influence des forces d’inertie, alors que ce sont elles qui t’indiquent le mouvement du référentiel dans lequel tu te trouves (voiture ou planète) par rapport à un autre (sol ou système solaire). En conséquence, on n’a pas l’impression que la Terre tourne.

		Le savais-tu ?
	Pourquoi la Terre tourne-t-elle ?
Au moment de sa formation la Terre était frappée par des météorites bien plus nombreuses que maintenant. L'ensemble de ces impacts de météorites a amorcé un mouvement de rotation de la planète et en a défini une première période de rotation. Ainsi on estime que dans sa jeunesse la planète Terre tournait sur elle-même en 15 heures seulement et que cette vitesse de rotation a décru progressivement. D'ailleurs, la rotation de la Terre continue de ralentir : les jours s'allongent d'environ 1 seconde en 50 000 ans. Par ailleurs, les météorites ayant frappé les planètes de notre système solaire de manière différente on a donc des rotations différentes pour chaque planète. Ainsi on peut observer que Jupiter tourne sur elle-même en un peu moins de 10 heures, que pour Mercure c'est en 59 jours et que Vénus tourne dans le sens inverse que la Terre.

Pour compléter

• Révolution de la Terre autour du Soleil

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