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Mécanique céleste : position du Soleil dans le ciel selon les saisons et durée du jour

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 position du Soleil dans le ciel - si celui-ci est donc vu de la Terre (en Europe occidentale) -, n'est pas la même selon les saisons. La durée du jour varie également (environ 16 heures début juillet contre 8 fin décembre). Découvrez ici des schémas permettant de mieux comprendre la mécanique céleste et la position de notre étoile aux équinoxes d'automne et de printemps ainsi qu'aux solstices d'été et d'hiver.

La position du Soleil et la durée du jour (16 heures début juillet ; 8 fin décembre) ne sont pas les mêmes selon les saisons. Cette photo a été prise sur le site de Stonehenge, au Royaume-Uni. © Simonwakefield, CC by 2.0

Le mouvement apparent du Soleil au cours d'une journée se présente comme suit (imaginons, par commodité, que nous soyons debout - ou assis c'est moins fatigant -, regardant vers le sud) :

Position du Soleil aux équinoxes et durée du jour

Aux équinoxes de printemps et d'automne (le 20 mars et le 23 septembre en 2002), le Soleil se lève à notre gauche, exactement à l'est ; il passe au sud 6 heures plus tard, à une heure que l'on convient de nommer « midi vrai », et sa hauteur au-dessus de l'horizon (maximale à ce moment) est égale à la différence entre 90° et la latitude du lieu.

Par exemple, à Paris, on aura : 90°-48°52'=41°08'. Il se couche à notre droite, exactement à l'ouest, 6 heures plus tard et la durée du jour est de 12 heures.

Schéma représentant la Terre lors des équinoxes de printemps et d'automne. © DR

Position du Soleil au solstice d'été et durée du jour

Au solstice d'été (le 21 juin en 2002), le Soleil se lève vers le nord-est : à midi vrai, 8 heures et 15 minutes plus tard, sa hauteur au-dessus de l'horizon est égale à la somme de sa hauteur aux équinoxes et de l'angle entre le plan de l'équateur et le plan de l'écliptique.

Dans notre exemple, cette hauteur vaut donc 41°08'+23°26'=64°34' ; le soir, à nouveau 8 heures et 15 minutes plus tard, il se couche vers le nord-ouest et la durée du jour est donc d'environ 16 heures et 30 minutes.

Schéma représentant la Terre lors du solstice d'été. © DR

Position du Soleil au solstice d'hiver et durée du jour

Au solstice d'hiver (le 22 décembre en 2002), le Soleil se lève vers le sud-est : 4 heures plus tard, à midi vrai, sa hauteur au-dessus de l'horizon est égale à la différence entre sa hauteur aux équinoxes et l'angle entre le plan de l'équateur et le plan de l'écliptique.

Dans notre exemple, cette hauteur vaut donc 41°08'-23°26'=17°42' ; le soir, à nouveau 4 heures plus tard, il se couche vers le sud-ouest et le jour a donc duré environ 8 heures.

Schéma représentant la Terre lors du solstice d'hiver. © DR
Schéma représentant la Terre et les directions du ciel où l'on voit le Soleil à midi vrai (aux équinoxes et aux solstices). © DR