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Positions et mouvements de la Terre autour du Soleil

Dossier - Construction d'un cadran solaire
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La gnomonique est l'art de la réalisation des cadrans solaires. Voici une méthode simple pour son application, qui vous permettra de fabriquer votre cadran solaire, de comprendre son fonctionnement et de savoir comment le lire. Essayez !

  
DossiersConstruction d'un cadran solaire
 

La succession du jour et de la nuit, le mouvement apparent du Soleil (se levant vers l'est le matin, et se couchant vers l'ouest le soir, du moins dans l'hémisphère nord) n'a pu qu'imposer aux Hommes l'utilisation de ces phénomènes naturels pour essayer de mesurer le temps et de le découper en intervalles que nous connaissons aujourd'hui sous le nom d'heures, minutes, secondes.

La première idée qui vient à l'esprit est de planter un poteau verticalement dans le sol et d'observer le déplacement de son ombre au cours d'une journée, comme on observe le déplacement de l'aiguille des heures sur le cadran d'une horloge. Ce type primitif de cadran solaire est désigné par le mot « gnomon », qui a donné « gnomonique ».

Cadran solaire de la cathédrale de Chartres. © Francisco Javier Gil, Shutterstock

Cette méthode ne serait acceptable que si les mouvements de la Terre autour du Soleil étaient simples à l'extrême, c'est-à-dire si la Terre tournait autour du Soleil suivant une circonférence dont le Soleil serait le centre et si son axe de rotation était perpendiculaire à son plan de révolution.

Caractéristiques des mouvements de la Terre autour du Soleil

En réalité, les mouvements réels de la Terre sont moins simples et présentent plusieurs caractéristiques qui obligent à modifier la technique ci-dessus :

  • La révolution de la Terre autour du Soleil s'effectue non pas suivant une circonférence dont le Soleil serait le centre, mais suivant une ellipse dont le Soleil occupe un des foyers (première loi de Kepler).
  • La vitesse de déplacement de la Terre le long de son orbite n'est pas uniforme. C'est l'aire balayée par unité de temps par le segment de droite qui va de la Terre au Soleil qui est constante (vitesse aréolaire, deuxième loi de Kepler).
  • L'axe de rotation de la Terre sur elle-même n'est pas perpendiculaire au plan contenant l'ellipse de révolution (plan de l'écliptique). Le plan dans lequel se trouve l'équateur terrestre (plan équatorial) fait un angle de 23°26' avec le plan de l'écliptique.
Schéma montrant la position de la Terre (à gauche) par rapport au Soleil lors du solstice d'hiver. Dans cette figure et dans celles des pages suivantes, les valeurs relatives de dimensions ne sont qu'approchées, le plus souvent pour des raisons de lisibilité. © DR

Équinoxes et solstices, des moments particuliers

Il résulte de ce qui précède qu'au cours de l'année, il existe des moments particuliers relativement aux positions respectives du Soleil et de la Terre, et qui correspondent à des situations particulières pour le mouvement apparent du Soleil dans le ciel ainsi que pour la durée du jour.

Chaque année comporte quatre saisons. Dans l’hémisphère nord il fait vraisemblablement chaud en été et froid en hiver. Mais d’où viennent ces variations cycliques de températures ? Unisciel et l'université de Lille 1 nous dévoilent, avec le programme Kézako, les secrets des saisons terrestres. © Unisciel

Les moments particuliers qui nous concernent sont :