La gravitation

Influence de la gravitation sur le mouvement de la Terre
Auteurs : Jean-michel Fras(plus d'infos)
Résumé :
La présence de forces d'attraction gravitationnelle doit se traduire par une modification du mouvement de translation qui ne peut être rectiligne et uniforme.
Publication : 1 Septembre 2000

La présence de forces d'attraction gravitationnelle doit se traduire par une modification du mouvement de translation qui ne peut être rectiligne et uniforme. Si on ne considère que le problème de deux corps exerçant l'un sur l'autre des forces d'attraction gravitationnelle à l'exclusion de toute autre action, trois cas seulement peuvent être distingués : la chute suivie d'un choc, la déviation, la mise en orbite. Examinons les en simplifiant le problème et en considérant que l'un des corps (A) est fixe (il faudrait pour cela qu'il soit tenu immobile par des forces suffisantes, ce qui n'est le cas d'aucun corps dans l'espace, ou que sa masse soit très importante par rapport à celle de B pour qu'on puisse négliger ses mouvements ... ).

a) La "rencontre" : si le corps B a une vitesse initiale pratiquement nulle ou dans la direction de A, l'attraction de A va accélérer son mouvement : il va se mouvoir de plus en plus vite dans la direction de A.... jusqu'à la rencontre avec sa surface, qui se traduit par un choc et ses conséquences (dans l'espace, il s'agit rarement d'un choc élastique comme pour des boules de billard !). C'est ce qui arrive chaque jour à de nombreuses météorites captées par le champ gravitationnel de la Terre.

Lorsque leur taille va de la poussière à quelques millimètres, la traversée de l'atmosphère se traduit par une "étoile filante", quelques centimètres ont droit de cité dans un musée, quelques dizaines de mètres provoquent un joli cratère de plusieurs kilomètres comme on en observe sur la surface de la Lune et dans quelques lieux de l'écorce terrestre que l'atmosphère et l'érosion des pluies n'ont pas fait encore disparaître (Meteor Crater en Arizona - 1,2km, Manicouagan au Québec - 70 km), enfin la rencontre avec un météore de quelques kilomètres (environ 10 !) libérerait au moment de l'impact une énergie colossale, embrasant l'ensemble de l'atmosphère et faisant disparaître pour longtemps toute forme de vie évoluée du globe. Ce dernier cas est l'une des hypothèses avancées par certains de la disparition brutale des grands dinosaures.
Voir ce site sur les cratères de météorites.

b) La déviation : si, au contraire, le corps B ne se dirige pas vers A et est animé d'une vitesse très grande par rapport aux variations de vitesse occasionnées par l'attraction de A, celle-ci n'aura pour effet qu'une déformation de la trajectoire en branche d'hyperbole plus ou moins ouverte selon les conditions initiales ; B est dévié mais retrouve loin après A une trajectoire rectiligne et uniforme.

c) La mise en orbite (aussi appelée satellisation) : dans le cas où la vitesse de B n'est pas suffisante pour l'arracher à l'attraction de A (cas b) mais n'est pas non plus trop faible ou orientée vers A (cas a), ce qui entraînerait la chute. Il y a alors mise en orbite de B autour de A, selon une trajectoire toujours elliptique. Une ellipse est une figure géométrique ressemblant à un cercle aplati dont l'une des constructions possibles nécessite de choisir deux points particuliers appelés foyers de l'ellipse (des explications plus détaillées sont données en IX). Dans le cas d'une mise en orbite de B autour de A, A occupe un des 2 foyers. La forme de l'ellipse (dimensions des axes et excentricité) est fixée une fois pour toutes : il suffit de connaître la vitesse de B à un instant donné (en direction, sens et intensité) pour pouvoir prédire l'ensemble de la courbe.

Si le corps A n'occupe pas une position fixe, les deux corps sont soumis à un mouvement de même nature. La Terre et le Soleil sont donc en orbite par rapport à leur centre de gravité qui est à quelques km du centre du Soleil (la masse de la Terre est évaluée à 6 x 1024kg alors que la masse du Soleil est évaluée à 2 x 1030 kg, soit environ 330 000 fois plus). Le mouvement du Soleil, s'il était seul en présence de la Terre, serait une ellipse de quelques km de grand axe, ce que l'on peut parfaitement négliger par rapport à ses dimensions (rayon = 696 000 km soit 109 fois celui de la Terre). Si le Soleil était seul avec Jupiter, son orbite serait une ellipse aussi large que le Soleil lui-même, comme s'il orbitait autour d'un point proche de sa surface. La présence des 4 planètes géantes et de millions de corps plus petits dans le système solaire rendent ces petites "vibrations" de la trajectoire du Soleil bien plus complexes... mais toujours aussi négligeables à l'échelle du système solaire !

Le système solaire est donc, par définition, l'ensemble des corps "captés" par le champ de gravitation du Soleil, en orbite elliptique autour de lui. Certains d'entre eux ont, de plus, été captés par des corps plus gros qu'eux et sont en orbite autour de ces corps, on dit aussi qu'ils en sont des satellites : c'est le cas de notre Lune et, par extension du nom, des "lunes" d'autres planètes.

d) Conclusion

La Terre est en orbite elliptique autour du Soleil. L'ellipse décrite par la Terre est très proche du cercle (excentricité presque nulle) puisque le périhélie (plus petite distance de la Terre au Soleil) est d'environ 149 millions de km alors que l'aphélie (plus grande distance) est de 153 millions de km. Cette très faible différence peut être négligée pour expliquer la plupart des phénomènes, on assimilera alors la trajectoire à un cercle parfait décrit en 365 jours, cette différence entre la plus petite et la plus grande distance est incluse dans l'épaisseur d'un trait de crayon quand on dessine la trajectoire de la Terre sur une feuille.

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