Combien de temps dure un jour ?
Voici une question bien surprenante, tant la réponse nous parait évidente. Pour le commun des mortels un jour dure 24 heures. Mais est-ce aussi évident ? En pratique, les astronomes distinguent deux « jours » différents : le jour sidéral et le jour solaire.
LE JOUR SIDÉRAL Le jour sidéral est la durée qui sépare deux passages consécutifs des étoiles au méridien d’un même lieu. Cela correspond donc à la rotation de la Terre sur elle-même. La durée du jour sidéral est de 23 heures 56 min 04 secondes. LE JOUR SOLAIRE Le jour solaire est celui que nous utilisons dans la vie quotidienne. C’est la durée qui sépare deux passages consécutifs du Soleil, au méridien (vers le sud dans l’hémisphère nord) d’un même lieu. Le jour solaire est la combinaison de deux mouvements : la rotation de la Terre sur elle-même et le déplacement de notre planète autour du Soleil (la révolution) pendant la durée du jour sidéral.
QUELLE EST LA DURÉE DU JOUR SOLAIRE ? En simplifiant un peu, on peut considérer que la Terre parcourt en une année, un cercle de 360° en 365 jours. Chaque jour, la Terre se déplace d’un angle d’environ un degré (360/365 = 0,98°) autour du Soleil. Un jour solaire correspond donc à un tour de la Terre sur elle-même (360°) + 0,98° qui correspond au déplacement journalier de la Terre autour du Soleil. Il faut donc calculer en combien de temps notre planète accomplit un angle de 1° sur elle-même : (0,98 x 23h56)/360 = 3,90 min, soit environ 4 minutes. La durée moyenne du jour solaire est donc de : 23h56 + 4 min = 24 heures.
LA TERRE TOURNE SUR ELLE-MÊME EN 23h56. MAIS PENDANT CE TEMPS-LA, ELLE S'EST ÉGALEMENT DÉPLACÉE AUTOUR DU SOLEIL. AINSI UN MÊME POINT A LA SURFACE DE LA TERRE REVIENT FACE AU SOLEIL AU BOUT DE 24h.
IRREGULARITES DU JOUR SOLAIRE Cependant, les 24 heures du jour solaire ne sont qu’une moyenne. En effet, cette durée varie au cours de l’année pour deux raisons : Première raison : l’ellipticité de l’orbite terrestre (l’orbite terrestre est légèrement ovale, ce n’est pas un cercle parfait) implique que la vitesse de déplacement de notre planète n’est pas constante (2ème loi de Kepler). La Terre se déplace plus rapidement sur son orbite lorsqu'elle est au plus près du Soleil (périhélie), elle ralentie lorsqu’elle s’en trouve au plus loin (aphélie). Sur le schéma ci-dessous, l’ellipticité de l’orbite terrestre a été fortement exagérée (en réalité, l’orbite de la Terre est très proche d’un cercle). Lorsque la Terre passe au périhélie, son déplacement autour du Soleil (angle a) est plus important que lors de son passage à l’aphélie (angle b). En conséquence, lorsque la Terre est au plus près du Soleil, le jour solaire dure plus de 24 heures. Lors du passage à l’aphélie, la durée du jour solaire est inférieure à 24h.
LA DURÉE DU JOUR SOLAIRE VARIE CAR LA VITESSE DE DÉPLACEMENT DE LA TERRE
SUR SON ORBITE N'EST PAS CONSTANTE.
Deuxième raison : l’obliquité de l’écliptique. L’axe des pôles de la Terre étant incliné de 23°26’, le plan de l’équateur est également incliné de la même valeur par rapport au plan de l’orbite terrestre (écliptique). Comme la durée du jour solaire se calcul par rapport à la rotation de la Terre, donc par rapport à l’équateur, il est nécessaire de « ramener » le plan de l’écliptique dans le plan de l’équateur afin de connaître le décalage par rapport au jour solaire.
Sur le schéma ci-dessus, les segments AB, BC, A’B’ et B’C’ sont égaux. On constate que leurs projections sur l’équateur sont variables. Proche des équinoxes, l’écart entre l’écliptique et l’équateur est très faible. Les segments ab et bc sont à peu près égaux. En revanche, près des solstices, l’écart entre l’écliptique et l’équateur est plus important. Les segments a’b’ et b’c’ sont plus grand que ab et bc. En conséquence, le temps que mettra le Soleil pour revenir au méridien sera plus important, et le jour solaire en sera d’autant plus long. Observé depuis la Terre, ces deux raisons entraînent un déplacement irrégulier du Soleil le long de l’écliptique avec une avance ou un retard pouvant atteindre +14 min 15 s le 11 février et -16 min 25 s le 03 novembre.
L’ÉQUATION DU TEMPS Il est donc nécessaire de corriger le jour solaire vrai, qui est variable, afin d’obtenir un jour solaire moyen, qui par définition, est stable. Le jour solaire moyen correspond ainsi à un soleil apparent, se déplaçant tout au long de l’année, de façon continu et uniforme le long de l’écliptique.
Cette correction est connue sous le nom d’équation du temps (voir graphique ci-dessous), résultat de la différence entre le jour solaire vrai et le jour solaire moyen, de sorte que le jour solaire moyen soit égal à 24 heures. Cette correction a une valeur différente pour chaque jour de l’année. Elle est nulle le 14 avril, le 15 juin, le 1er septembre et le 25 décembre. Alors finalement, combien de temps dure un jour ? Tout dépend de quel jour on parle ! Le jour sidéral dure 23h56, le jour solaire moyen dure 24 heures et le jour solaire vrai varie chaque jour de l’année ...