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accueil technique |
Les trajectoires du soleil
Mieux connaître les déplacements de notre étoile
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En 2003, mon
dossier de fin d'études au BTS portait sur LE TOURNESEUL.
LE TOURNESEUL
fut une invention de Gérard MONTEL, décorée
au concours LEPINE édition 2002, à laquelle je
collabora par la communication de mes propositions techniques
sous la forme d'un modèle 3D et de plans.
Lors de la conception
de ce système, il a été nécessaire
de construire avec exactitude les courbes et les trajectoires
empreintées par notre étoile dans le ciel, de manière
à définir la meilleure façon avec laquelle
sera effectué le suivi automatique de l'astre du jour.
Ce fut à
cette occasion que je découvris avec stupéfaction
la grande ignorance de beaucoup de personnes concernant les trajectoires
solaires. |
Sur les figures,
les trajectoires et en même temps les hauteurs du Soleil
sont tracées pour tous les pays qui sont à la latitude
de la région de Paris.
Les trajectoires
et hauteurs du Soleil sont les mêmes pour Coutance, Evreux,
Nancy et Strasbourg; mais aussi pour le Québec et Vancouver,
la Bavière ou... le nord de la Chine. Plus on monte vers
le Nord, plus le Soleil à son lever, s'écarte de
l'Est à l'époque des solstices.
L'angle que forme
un point de l'horizon avec la direction du Sud, s'appelle l'azimut.
L'équateur
céleste est pratiquement la ligne que trace pour nous
le Soleil dans le ciel, aux premiers jours du printemps et de
l'automne (appelés jours d'équinoxes).
Ce que, dans un langage simplifié, nous apprenaient nos
géographies d'enfants, nous pouvons le représenter
d'une façon développée. |
Illustration valade uniquement pour l'hémisphère Nord
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L'observateur est
ici dans un fauteuil placé devant une grande baie, face
au Soleil se levant. Le parcours du Soleil est le plus long au
solstice d'été.
Au solstice d'hiver, en revanche, le parcours du Soleil est le
plus court. |
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Aux équinoxes,
pour nos latitudes au moins, le Soleil n'apparaît pas tout
à fait à l'Est et ne disparaît pas tout à
fait à l'Ouest. Il s'écarte alors vers le Nord,
aussi bien de l'Ouest que de l'Est, de 0.5° environ, et cela
parce que la réfraction de l'atmosphère nous permet
de le voir, alors que géométriquement il est le
matin encore sous l'horizon, et de le voir encore le soir, alors
qu'il est déjà descendu sous l'horizon.
La réfraction
est en effet, un phénomène dû à l'atmosphère
qui courbe les rayons lumineux et nous fait apparaître
un astre à l'horizon au-dessus de sa direction réelle.
Ainsi, le Soleil apparaît-il relevé d'une hauteur
à peu près égale à son diamètre.
On le voit au-dessus de l'horizon alors qu'il arrive juste sous
l'horizon. L'angle que fait l'équateur céleste
avec le zénith est égal à la latitude du
lieu ; l'angle que fait l'équateur avec l'horizon, ou
hauteur de l'équateur céleste sur l'horizon, est
son complément. |
Jusqu'où le
soleil monte t-il ? |
Poser la question
sur l'altitude maximale atteinte par notre étoile dans
le ciel diurne en France a un individu lambda peut révéler
quelques surprises. Pour la plupart des gens, le soleil est jugé
capable de monter bien plus haut que son altitude réellement
maximale atteinte en France en été autour de la
fin juin. Serait-ce dû à la fameuse chanson de Serge
Gainsbourg parlant d'un soleil tout à fait au zénith
???
Midi en Temps
Universel (T.U) :
Il s'agit de l'heure où le Soleil culmine ; il a atteint
le point le plus haut de sa course quotidienne; on dit qu'il
est "midi au Soleil".
A Paris et là
où la latitude est de 49°, la hauteur de l'équateur
céleste au-dessus de l'horizon est de 41°. Nous voyons
que c'est la hauteur du Soleil à midi aux premiers jours
du printemps et de l'automne, et que cette hauteur atteint 64°
(41+23) au premier jour de l'été, tandis qu'elle
descend à 18° (41-23) au premier jour de l'hiver.
On dit que la
déclinaison du Soleil est égale à zéro
lorsque la trajectoire du Soleil suit l'équateur céleste.
Cette déclinaison atteint +23° au début de
l'été, et -23° au début de l'hiver.
C'est l'écart que fait le Soleil avec l'équateur
céleste à l'époque des solstices. |
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Variations de la hauteur
maximale du soleil tout le long de l'année |
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Valeurs des mesures
Numéro de mesure |
Date considérée |
Altitude du soleil en
degrés |
1 |
1 janvier |
18°
07' 38'' |
2 |
1er février |
24°
03' 21'' |
3 |
1er mars |
33°
34' 52'' |
4 |
20 mars (équinoxe) |
41°
00' 38'' |
5 |
1er avril |
45°
41' 46'' |
6 |
1er mai |
56°
08' 45'' |
7 |
1er juin |
63°
06' 03'' |
8 |
21 juin (solstice) |
64°
31' 38'' |
9 |
1er juillet |
64°
12' 34'' |
10 |
1er Août |
59°
06' 54'' |
11 |
1er septembre |
49°
19' 31'' |
12 |
23 septembre (équinoxe) |
40°
52' 50'' |
13 |
1er octobre |
37°
43' 46'' |
14 |
1er novembre |
26°
24' 47'' |
15 |
1er décembre |
19°
10' 05'' |
16 |
22 décembre (solstice) |
17°
39' 07'' |
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L'étude
porte sur 16 mesures prises le premier jour de chaque mois à
12h00 T.U ( heure où le soleil se trouve le plus haut
dans le ciel ) ainsi qu'aux jours correspondant aux Equinoxes
et aux Solstices. |
Dans le cadre
de l'élaboration du Cahier Des Charges Fonctionnel de
ce projet, il fut utile d'étudier les variations de la
hauteur maximum du soleil sur un graphique. Cette hauteur varie
en fonction de notre position sur la terre. Le soleil atteint
le zénith (90°) dans le nord du continent Africain,
en été, aux alentours du Caire.
C'est à
Bordeaux qu'on est à égale distance du pôle
et de l'équateur. L'équateur céleste est
de ce fait à égale distance de l'horizon et du
zénith.
Les variations
de hauteur du Soleil à midi sont lentes ou rapides suivant
les saisons.
Aux premiers
jours de l'été comme aux premiers jours de l'hiver,
la hauteur du Soleil reste à peu près la même
pendant 5 semaines; l'angle ne varie guère que de 1°
(c'est bien là le sens de solstice).
Dans les premiers
jours du printemps ou de l'automne, la hauteur du Soleil varie
très vite au contraire, d'un jour à l'autre (de
plus de 1° en 3 jours). L'étude des variations a été
effectuée aux coordonnées de Paris (Latitude :
48°36' N, Longitude : 2° 19' E et altitude : 375 mètres)
avec un logiciel de simulation astronomique. |
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Position relative
du soleil par rapport aux quatre points cardinaux |
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Solstice
d'hiver - 21 décembre
Le soleil
ne balaye que les 90° de l'horizon |
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Equinoxes
de printemps ou d'automne - 21 mars et 21 septembre
Le soleil
ne balaye que les 180° de l'horizon |
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Solstice
d'été - 21 juin
Le soleil
balaye la plus grande fraction du ciel diurne, à savoir
les 270° de l'horizon |
Sous d'autres latitudes... |
Lorsque nous
quittons nos latitudes pour aller vers le Nord, le Soleil, à
midi, est de plus en plus bas sur l'horizon. Sa trajectoire se
rapproche du plan de l'horizon.
Au début de l'été, sur le cercle polaire,
le Soleil tourne tout autour de l'horizon qu'il touche vers le
Nord à minuit.
Mais au solstice d'hiver, le Soleil ne fait qu'apparaître
au Sud, pour disparaître aussitôt sous l'horizon.
Lorsque nous
quittons nos latitudes pour aller vers le Sud, le Soleil est
de plus en plus haut. Au début de l'été,
sous le tropiques du Cancer, le Soleil de midi est au zénith
: nous avons atteint la zone tropicale. Cette zone de part et
d'autre de l'équateur terrestre, limitée par les
tropiques du Cancer et du Capricorne, est celle où le
Soleil passe au zénith à midi au solstice d'été.
La lumière tombe alors verticalement.
L'ombre ne nous accompagne plus, elle est tapie sous nos pas.
Le soir, le Soleil
plonge à l'Ouest, à la verticale sur l'horizon. |
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Au solstice d'été,
il fait jour à Paris depuis 2 heures de temps quand, sur
le même méridien de Paris, le Soleil se lève
à l'équateur.
Deux heures plus
tôt, quand le Soleil se levait à Paris, il faisait
nuit noire à l'équateur sur le même méridien.
Les jours sont de plus en plus longs au fur et à mesure
qu'on monte vers le cercle polaire au-delà duquel il n'y
a plus de nuit à cette époque de l'année. |
Sous l'effet
du déplacement de la Terre sur son orbite tout le long
de l'année, la terre bascule régulièrement
permettant l'alternance des saisons par les solstices et équinoxes.
Cela est rendu possible par l'existence d'un angle d'inclinaison
relativement constant appelé l'obliquité. Relativement constant car en réalité,
l'obliquité varie d'un angle de 24,5° à 22,1°
selon un cycle de précession de 41000 ans. Cette variation
s'exprime par un déplacement régulier du pôle
Nord céleste par rapport aux étoiles circumpolaires. |
L'étude
de cette mécanique pousse à l'humilité.
Je fais parti de ceux restant en admiration devant la précision
du mécanisme permettant à la vie d'exister sur
Terre car la longueur des jours ne serait pas ce qu'elle est
sans l'action de la Lune. Sans la Lune, le maintien d'une obliquité
régulière de la Terre serait impossible. Sans la
Lune, il n'y aurait pas de marées. Sans la Lune, la durée
de nos journées ne pourrait être calée rigoureusement
à une durée de 24 heures. Certains persistent en
déclarant que tout cela est le résultat du pur
hasard. Personnellement, je ne peux exclure de mon esprit l'existence
d'un grand architecte de l'univers.
En 1991, dans
un numéro de Ciel & Espace, je fus émerveillé
de découvrir qu'une journée sur Terre durait sans
doute seulement 22 heures, il y a 65 millions d'années
au moment de la disparition des dinosaures. Nous savons grâce
aux scientifiques que la distance Terre-Lune augmente régulièrement
sous l'effet d'une opposition des forces entre les deux corps
célestes se manifestant par le phénomène
des marées. La croissance de cette distance cosmique s'accompagne
du ralentissement régulier de la rotation de la Terre.
Plus surprenant encore, la distance Terre-Lune est directement
impliquée dans la valeur de l'obliquité. L'énorme
éloignement de la Lune provoquera à terme, d'ici
deux milliards d'années, non seulement considérablement
le rallongement des journées sur Terre mais aussi le déréglement
complet du climat car l'obliquité de notre planète
ne pourra plus être stabilisée par la Lune. Il se
pourrait alors que la variation de l'obliquité de la Terre
s'accèlère également et ceci dans une fenêtre
d'amplitude passant de 27° à 60° !!! |
Arnaud
FIOCRET © 2003 (2012)
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