ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE PHYSIQUE CHIMIE - Classe de première - Physicus
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Classe de première
ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE
PHYSIQUE CHIMIE
Wulfran Fortin - rév. 2020
1e ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE PHYSIQUE CHIMIE
ii
Table des matières
1 Une longue histoire de la matière 1
1.1 Les éléments chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Abondance des éléments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 La radioactivité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4 Les cristaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2 Le Soleil, notre source d’énergie 9
2.1 Le rayonnement solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3 La Terre, un astre singulier 15
3.1 La forme de la Terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2 La Terre dans l’Univers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.3 Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4 Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4 Son et musique, porteurs d’information 25
4.1 Le son, phénomène vibratoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.2 La musique et les mathématiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.3 Le son, une information à coder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
iii
1e ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE PHYSIQUE CHIMIE
ivChapitre 1
Une longue histoire de la matière
Introduction à certains éléments chimiques présents sur la Terre.
Aux premiers instants suivant le Big Bang, Par la suite, en équipant les télescopes de spectro-
les premiers éléments H et He permirent mètre, on a constaté que les étoiles contiennent les
l’apparition des premières étoiles, qui du- éléments H et He en très grande quantité, ainsi
rant leur vie puis leur mort ont créé les que les autres éléments chimiques en quantités plus
autres éléments chimiques. Ces éléments faibles.
forment ainsi toute la matière vivante ou
inerte, en s’assemblant en structures plus
grandes, des molécules, des cristaux no-
tamment. La stabilité des éléments formés
dans les étoiles n’est pas toujours parfaite
et cela explique le phénomène de la radio-
activité.
1.1 Les éléments chimiques
1.1.1 Les éléments chimiques
Figure 1.1 – Spectre du Soleil observé par J. Von
Élément chimique Un élément chimique AZ X se ca- Fraunhofer
ractérise par son nombre de protons Z, son symbole
X et le nombre total de protons et neutrons A qui
constituent son noyau. Dans l’Univers, toute la ma-
tière se compose d’un nombre fini d’éléments dont
la liste est donnée par le tableau de la classification Hans Albrecht Bethe (1906-2005) Le physicien
périodique. germano-américain publie en 1939 un article fon-
damental expliquant comment les étoiles produisent
Isotope Deux éléments ayant même numéro ato- de l’énergie à partie de réactions de fusions nu-
mique Z mais un nombre A différents sont isotopes, cléaires, ce qui conduit à la création de nouveaux
leurs masses sont légèrement différentes, mais ils éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium.
ont les même propriétés chimiques. D’autres recherches par la suite ont permis de dé-
crire et d’expliquer le cycle de vie de nombreuses
étoiles, ainsi que la création de la quasi totalité des
Exemples
éléments chimiques.
— 14
6
C et 12
6 C sont des isotopes du carbone C
— 1 H, 21 H et 31 H sont des isotopes de l’hydrogène
1
H
— 32 H e et 42 H e sont des isotopes de l’hélium H e Le Big Bang Différentes observations montrent
que l’Univers est en expansion (Edwin Hubble en
1929), qu’il existe un vestige du flash d’une grande
1.1.2 Histoire des sciences
explosion (rayonnement fossile découvert en 1964).
Joseph von Fraunhofer (1787-1826) Le physi- Ces observations étaient prévues théoriquement à
cien Bavarois publie en 1814 un article fondamental partir des équations de la relativité générales d’Ein-
où il décrit pour la première fois la présence de raies stein par des physiciens tels Gamov, Friedmann et
d’absorptions dans le spectre de la lumière du Soleil Lemaître. Cette théorie explique la création des élé-
(figure 1.1). Ces raies d’absorptions correspondent ments hydrogène et hélium.
11e ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE PHYSIQUE CHIMIE
1.1.3 Principe de la nucléosynthèse 1.1.4 La nucléosynthèse primordiale
Nucléosynthèse C’est l’explication de l’origine, de Elle a eu lieu dans les premières secondes de l’Uni-
la synthèse des noyaux des différents éléments chi- vers après le Big Bang et a permis de synthétiser les
miques existants dans l’Univers. Au début de l’Uni- premiers noyaux d’hydrogène, d’hélium, de lithium
vers, n’existaient que les protons et les neutrons. Ils et de béryllium, par capture de protons et de neu-
vont progressivement s’assembler pour former des trons mais aussi par fusion de noyaux.
noyaux atomiques de plus en plus lourds correspon-
dants aux éléments du tableau de la classification Exemple Voici quelques exemples de réaction nu-
périodique. Voir figure 1.2. cléaires ayant donné naissance aux éléments les
plus léger. Certaines réactions sont des fusions de
noyaux.
2 1
1H + 0n → 31 H + 00 γ
−
2 2
1H + 1H → 31 H + 11 p (fusion)
−
2 2
1H + 1H → 32 H e + 10 n (fusion)
−
2 2
1H + 1H → 42 H e + 00 γ (fusion)
−
3 3
2H e + 2H e → 42 H e + 211 p (fusion)
−
4 3
2H e + 1H → 73 Li + 200 γ (fusion)
−
4 3
2H e + 2H e → 74 Be + 00 γ (fusion)
−
7 1
4 Be + 0 n → 73 Li + 11 p
−
1.1.5 La nucléosynthèse stellaire
Figure 1.2 – Origines principales des éléments chi- Elle se produit dans le coeur d’une étoile, de sa
miques naissance à sa mort. En fonction de la taille de
l’étoile, certains éléments plus lourds pourront appa-
raître, notamment à la mort de l’étoile, certaines ex-
Principe On observe essentiellement deux plosant pour former une supernova, puis une étoile
grandes familles de réactions à neutrons ou un trou noir.
Pour augmenter la masse du noyau
— on capture des protons p ou des neutrons n Exemples Voici quelques exemples de réaction
— on fusionne deux noyaux de deux éléments nucléaires durant la vie d’une étoile. Certaines
pour obtenir un troisième élément au noyau réactions sont des fusions de noyaux, d’autres
plus lourd des fissions. Il faut que la température et la
Pour diminuer la masse du noyau pression au cœur de l’étoile soient suffisamment
— on perd des neutrons ou des protons après avoir importantes pour permettre les réactions de fusions.
absorbé une particule à haute énergie (spalla-
tion)
— on casse un noyau lourd en deux noyaux plus Fusion de l’hydrogène Des exemples de fusion
légers ayant des tailles voisines (fission) ayant pour origine des noyaux d’hydrogènes
1
1H + 11 H −
→ 21 H + 01 e + 00 ν
Remarque Dans la suite, on va utiliser une nota- 2
tion symbolique pour différentes particules élémen- 1H + 11 H −
→ 32 H e + 00 γ
3
taires présentes dans des réactions nucléaires 2H e + 32 H e −
→ 42 H e + 211 H
— le proton a une charge élémentaire positive,
Fusion de l’hélium Quelques exemples.
on le note 11 p
— le neutron a une charge nulle, on le note 10 n 4
+ 42 H e −
→ 84 Be + 00 γ
2H e
— l’électron a une charge négative et une masse 8
4 Be + 42 H e −
→ 12 0
6 C + 0γ
très faible 0−1 e
— le positron a une charge positive et une masse Fusion du carbone et du néon Quelques exemples.
très faible 01 e 12 12
— le muon a une masse et une charge nulles 00 ν 6 C +6 C → 23
− 1
11 N a + 1 p
12 12
— le photon n’a pas de masse ni de charge élec- 6 C +6 C → 20
− 4
10 N e + 2 H e
trique 00 γ 20 4
→ 24 0
10 N e + 2 H e − 12 M g + 0 γ
2CHAPITRE 1. UNE LONGUE HISTOIRE DE LA MATIÈRE
Fusion de l’oxygène Quelques exemples. Abondance dans le Vivant Les êtres vivants sont
16
principalement composés de carbone C, d’hydro-
8 O + 16 → 28
8 O−
4 0
14 Si + 2 H e + 0 γ gène H, d’oxygène O et d’azote N .
16
8 O + 16 → 31
8 O−
1 0
15 P + 1 p + 0 γ
16
8 O + 16 → 31
8 O−
1 0
16 S + 0 n + 0 γ
Représentations graphiques On peut représenter
l’abondance des éléments exprimés en pourcentage
Fusion du silicium Quelques exemples. à l’aide de graphe en disque (ou « camembère ») ou
28
+ 42 H e −
→ 32 0 en graphique bâton.
14 Si 16 S + 0 γ
32
16 Si + 42 H e −
→ 36 0
18 Ar + 0 γ
36 1.3 La radioactivité
18 Ar + 42 H e −
→ 40 0
20 C a + 0 γ
Quand une étoile a terminé de fusionner le silicium, Principe Dans le noyau d’un élément, il y a une
l’étoile s’effondre brutalement sur elle même don- compétition entre des forces répulsives (les protons
nant naissance à une explosion cataclysmique appe- ayant même charge électrique se repoussent) et at-
lée super nova durant laquelle apparaissent de nou- tractives (forces électrofaibles et électro forte).
veaux éléments. Le noyau peut être instable, et il peut se modifier
Nucléosynthèse explosive Durant cette brève en éjectant certaines particules à très haute énergie,
partie de la vie d’une étoile, les éléments subissent afin de corriger son nombre de neutrons et de pro-
un très fort bombardement de protons et de neu- tons pour améliorer sa stabilité. La radioactivité est
trons dont certains vont être absorber pour former un phénomène où le noyau d’un élément se modi-
des éléments plus lourds. Quelques exemples. fie, ses nombres Z et A changent, il se désintègre,
et cela s’accompagne par l’émission de particules et
65 1
29 Cu + 50 n → 70
− 0 0
30 Z n + −1 e + 0 ν par l’émission de beaucoup d’énergie.
56 1
→ 57 0 Par exemple, un noyau de carbone 14 peut se désin-
26 Fe + 1 p − 27 C o + 0 γ
56 1 tégrer pour donner de l’azote 14 et émettre un élec-
26 Fe + 0 n → 57
− 0
26 Fe + 0 γ tron
19 1
9 F + 0n → 16
− 4 0
7 N + 2 H e + 0 γ (fission)
14
→ 14
6 C −
0
7 N + −1 e
27 1
13 Al + 0 n → 24
− 4 0
11 N a + 2 H e + 0 γ (fission) un noyau de radon 222 peut se désintégrer pour
235 1 91
+ 145 + 00 γ donner du polonium 218 et émettre une particule
92 U + 0 n −
→ 36
N 56 Ba (fission)
α qui est un noyau d’hélium
1.2 Abondance des éléments 222
86 Rn → 218
− 4
84 Po + 2 H e
Abondance en masse On peut définir l’abondance Ce phénomène se manifeste par l’ionisation de la
en masse d’un élément dans un objet comme étant matière autour de la source radioactive car ce rayon-
le rapport entre la masse de l’élément présent dans nement est capable d’arracher les électrons des
une certaine masse de l’objet. Cette abondance en atomes environnants. C’est la raison de la dange-
masse peut s’exprimer en pourcentage. Un élément rosité de la radioactivité, et c’est également la pro-
lourd va compter plus qu’un élément léger. priété qui permet sa détection.
Abondance en nombre On peut définir l’abon- Définition Le phénomène de la désintégration ra-
dance en nombre d’un élément dans un objet comme dioactive est un phénomène
étant le nombre total de cet élément présent dans un — aléatoire pour un atome donné
objet comparé aux nombres des autres éléments pré- — caractérisée par sa durée de demie vie t 1/2 au
sents dans l’objet. Un élément lourd et un élément bout de laquelle la moitié d’une collection d’un
léger compteront de la même façon. isotope s’est désintégrée
— la durée de demi vie est spécifique à un type
Abondance dans l’Univers L’Univers est principa- d’isotope
lement composé de deux éléments présents dans les — c’est un phénomène qui émet des particules
étoiles en très grande quantité : l’hydrogène H et chargées électriquement et de l’énergie, il io-
l’hélium He. nise la matière environnante
Abondance dans la Terre Les principaux élé- Exemples La durée de demie vie du carbone 14 est
ments qui constituent essentiellement notre planète t 1/2 = 5730 ans, durée au bout de laquelle la moitié
sont l’oxygène O, l’hydrogène H, le fer Fe, le silicium d’un groupe d’éléments 14 C s’est désintégré.
Si et le magnésium Mg. La durée de demie vie du radon 222 est t 1/2 =
31e ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE PHYSIQUE CHIMIE
3.8 jours, durée au bout de laquelle la moitié d’un cristal de glace
groupe d’éléments 14 C s’est désintégré. Voir figure
1.3.
nombre de noyaux de Radon 222 en fonction du temps
200
1 nm
tous les 3.8 jours, la population
100 de noyaux est divisée par deux
molécule d'eau
A Figure 1.4 – La glace est un empilement régulier de
50 % molécules d’eau.
B
t1/2=3.8 j
Compacité c La compacité c est le rapport entre le
0 volume occupé par les entités chimiques contenues
0 t1/2=3.8 j 10 20
jour dans une maille et le volume de cette maille. c est
inférience à 1.
Figure 1.3 – Courbe de décroissance radioactive du ra- volume occupé par les entités
don 222. Tous les 3.8 j, la population de noyaux de c=
volume de la maille
radon 222 est divisée par deux à cause des désintégra-
tions.
Masse volumique ρ Pour calculer la masse volu-
mique ρ d’un cristal, il faut calculer le volume de
la maille V puis la masse m de la totalité des élé-
Applications La radioactivité spontanée est utili- ments d’une maille et faire le rapport de ces deux
sée grandeurs
m
— en médecine pour des examens et des soins ρ=
(radiothérapie) V
— en archéologie pour dater des vestiges
— en géologie et sciences de la Terre pour des Volume d’une sphère On rappelle que le volume
datations V d’une sphère de rayon r se calcule grâve à la for-
— dans des générateurs radio isotopiques pour mule
fournir de l’énergie pour certaines missions 4
V = × π × r3
spatiales (Rovers martien Spirit, sondes Voya- 3
ger, Pioneer, Galileo, New Horizons ...
Propriétés physiques macroscopiques La struc-
ture cristalline influence les propriétés macrosco-
1.4 Les cristaux piques d’un élément. Par exemple, le carbone C
peut cristalliser sous la forme graphite (la mine de
1.4.1 Structure cristalline crayon) qui est friable et conducteur de l’électricité
Cristal Un cristal est un solide constitué d’un em- ou diamant, qui est extrêmement dur et un isolant
pilement régulier d’atomes, d’ions ou de molécules, électrique. Un même matériau peut cristalliser sous
décrit microscopiquement par une maille élémen- différentes formes en fonction de la pression et de
taire, qui par translation dans les trois directions de la température ambiante.
l’espace, permet de décrire l’ensemble du cristal.
La forme de la maille élémentaire, ainsi que la na- 1.4.2 Le chlorure de sodium NaCl
ture et la position des entités chimiques qui consti-
tuent ce solide définissent la structure cristalline. Structure Le chlorure de sodium forme des cris-
Voir figure 1.4. taux d’aspect cubiques lorsqu’il cristallise. Au niveau
4CHAPITRE 1. UNE LONGUE HISTOIRE DE LA MATIÈRE
Figure 1.5 – Aspect du chlorure de sodium à l’échelle
microscopique : un empilement régulier d’ions C l − (en
vert) et N a+ (en gris). L’échelle indiquée correspond à
une longueur totale de 6 nm.
microscopique (figure 1.5), c’est un empilement ré-
gulier d’ions C l − et d’ions N a+ sur un motif cu-
bique : une maille. Cette maille se duplique ensuite
par translation dans les trois directions de l’espace
pour former le cristal de chlorure de sodium.
La maille élémentaire a une forme cubique et sur ses
huit sommets ainsi que sur le centre de ses six faces,
on trouve une paire d’ion C l − et N a+ .
Figure 1.6 – Étapes de la schématisation de la maille
Dénombrement des ions par maille Les ions élémentaire du chlorure de sodium : a Dessin d’un
aux huit sommets du cube appartiennent chacun à carré puis d’un cube en fausse perspective (b , c et d).
huit mailles différentes (voir figure 1.6), donc seul Ensuite, les ions C l − occupent les sommets du cube,
1/8ème de chaque ion des sommets compte pour ainsi que le centre des faces. Les ions N a+ occupent les
une maille. Les ions sur les six faces sont parta- arrêtes du cube ainsi que le centre du cube.
gés par deux mailles chacun, ils ne comptent que
pour moitié pour une maille. Enfin les ions sur les
douze arrêtes sont partagés par quatre mailles, ils
ne comptent que pour 1/4 pour chaque maille. En- son volume V = a3 en m3
fin, il y a un ion au centre de la maille, qui compte
totalement pour cette maille.
On a donc V = (0.564 × 109 m)3
— pour les ions C l − = 1.79 × 10−28 m3
1 1
× 8 × C l − + × 6 × C l − = 4C l −
8 2
Comme il y a 4 fois la formule N aC l dans une
— pour les ions N a+ maille, on peut calculer la masse de ces ions
1
× 12 × N a+ + 1 × N a+ = 4N a+
4 M (N aC l)
m=4×
Finalement, pour une maille cristalline, on a 4N aC l. NA
23.0 g.mol −1 + 35.5 g.mol −1
=4×
6.022 × 1023
Masse volumique Sachant que la maille cristal- = 3.89 × 10−22
g
line a pour dimension a = 0.564 nm on peut calculer = 3.89 × 10−25 kg
51e ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE PHYSIQUE CHIMIE
On calcule alors la masse volumique
m
ρ=
V
3.89 × 10−25 k g
=
1.79 × 10−28 m3
= 2170 k g.m−3
= 2.17 g.cm−3
La valeur mesurée est environ 2.16 g.cm−3 , ce qui
est conforme avec notre estimation.
Figure 1.8 – Dessin d’une maille cubique simple.
Neutralité électrique On constate qu’au niveau
Nombre d’atome par maille Chaque atome au
de la maille cristalline, il y a déjà la neutralité élec-
coin du cube (8 en tout) est partagé par 8 cubes ad-
trique assurée, il y a autant d’ions N a+ et de C l − .
jacents. Il y a donc en tout
1
Forme géométrique des cristaux Le sel forme des 8× × atome = 1 atome
cristaux d’aspect cubiques, qui est la forme de la 8
maille élémentaire. Le cristal est le résultat de l’em- pour une maille cubique simple.
pilement régulier d’un très grand nombre de mailles
élémentaires.
Compacité Le volume de la maille est
1.4.3 Maille cubique simple CS V = a3
Comme le rayon r d’un atome est égal à la moitié de
cristal maille cubique l’arrête a, on peut calculer le volume de l’atome
4 a 3
v= π
3 2
Comme il n’y a qu’un atome par maille, le volume
total des atomes de la maille est
V =1×v
La compacité est donc égale à
atome arête a c=
V
a3
4 a 3
3 π( 2 )
Figure 1.7 – Cristal à structure cubique. Les atomes =
y sont régulièrement rangés sur les sommets de cubes a3
π
d’arête de longueur a. =
6
= 0.52
Introduction C’est la structure cristalline la plus
1.4.4 Maille cubique à face centrée CFC
simple, adoptée par certains métaux, comme le Po-
lonium. Introduction C’est une structure simple adoptée
par plusieurs métaux, comme l’or par exemple.
Dessin C’est un simple cube, dont les sommets
sont occupés par un atome (figure 1.7 et figure 1.8). Dessin C’est un cube, dont les 8 sommets et les 6
Les atomes sont en contact, leur rayon vaut la moitié faces sont occupés par un atome, voir figure 1.9 et
de l’arrête du cube. figure 1.10.
6CHAPITRE 1. UNE LONGUE HISTOIRE DE LA MATIÈRE
cristal maille cubique La compacité est donc égale à
p 3
4 × 34 π 2a
4
c=
a3
p
16 2×2×a3
3 π 64
=
a3
p
2π
=
6
= 0.74
atome arête a 1.4.5 Du cristal à la roche
Cristallisation La cristallisation d’un composé est
Figure 1.9 – Cristal à structure cubique à face cen- un processus qui est influencé par les conditions
trée. Les atomes y sont régulièrement rangés sur les physiques telles la vitesse de refroidissement, la
sommets de cubes d’arête de longueur a et chaque face pression, la présence d’impuretés.
du cube a un atome en son centre. — une vitesse rapide de refroidissement synthé-
tise des cristaux de petites tailles
— les impuretés provoquent l’apparition de nom-
breux cristaux qui ne croissent pas de façon
homogène et identique
— de très fortes pressions peuvent engendrer
des structures cristallines différentes pour un
même composé (il existe par exemple plu-
sieurs types de structures pour la glace en
fonction de la température et de la pression
subie).
Structure vitreuse Dans le cas où le refroidisse-
Figure 1.10 – Dessin d’une maille cubique à faces cen- ment est extrêmement rapide, il n’y a pas de cris-
trées. tallisation, et à l’échelle microscopique, il n’y a pas
d’ordre : on obtient un verre, un solide qui a la même
structure qu’un liquide (désordre). On trouve ainsi
Nombre d’atome par maille Chaque atome au ces verres dans des coulées de lave où le refroidisse-
coin du cube (8 en tout) est partagé par 8 cubes ment brutal des roches n’a pas permis une croissance
adjacents. Chacun des atomes sur les 6 faces sont des cristaux.
partagés par deux cubes adjacents. Il y a donc en
tout
Du microscopique au macroscopique Beaucoup
1 1 de solides peuvent avoir une structure polycristal-
8 × × atome + 6 × × atome = 4 atomes
8 2 line. Une roche est composée de différents minéraux
formant des cristaux agglomérés entre eux. Un mé-
pour une maille cubique à face centrée. tal a aussi une structure polycristalline au niveau mi-
croscopique. Dans le monde vivant, on peut aussi
Compacité Le volume de la maille est trouver la présence de microcristaux au sein de cer-
tains tissus (os, ivoire, coquilles, calcul rénaux).
V = a3
Comme le rayon r d’un atome est égal au quart de la
diagonale d’une arrête a, on peut calculer le volume
d’un atome p 3
4 2a
v= π
3 4
Comme il y a quatre atome par maille, le volume
total des atomes de la maille est
V =4×v
71e ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE PHYSIQUE CHIMIE
Figure 1.11 – Deux structures adoptées par SiO2 , la
structure désordonnée est dite «vitreuse» (dessin Wiki-
pédia).
8Chapitre 2
Le Soleil, notre source d’énergie
Introduction
Le Soleil est notre principale source d’éner-
gie. Il permet le rythme des saisons, la Vie
sur Terre grâce à la photosynthèse, il est
la source d’énergie pour la dynamique at-
mosphérique et océanique. C’est également
l’étoile la plus proche de la Terre et il per-
met de comprendre de façon fine le fonc-
tionnement stellaire et comprendre ensuite
le fonctionnement de l’Univers.
2.1 Le rayonnement solaire
2.1.1 Source de l’énergie du Soleil
Structure Le Soleil se structure de façon schéma-
tique en trois couches (figure 2.1).
Le cœur qui représente 25% de la taille de l’étoile est
très dense, 150 g.cm−3 , très chaud, 15000000 K, il
Figure 2.1 – Structure simplifiée du Soleil.
est composé d’un plasma de protons et d’électrons,
les protons fusionnent pour former des noyaux d’hé-
lium ce qui est la source de la libération d’une
énorme quantité d’énergie.
Cette énergie s’évacue lentement à travers la zone
radiative, qui représente environ 70 % de la taille
du Soleil, puis elle est évacuée dans la zone convec-
tive où la matière est brassée.
À sa surface, la température du Soleil n’est plus que
de 5780 K, et elle permet le rayonnement de la lu-
mière visible.
Source d’énergie C’est essentiellement la réaction
de fusion de l’hydrogène en hélium qui est la cause
de la libération de l’énergie du Soleil
411 H −
→ 42 H e + 201 e+ + énergie
Spectre du Soleil Le spectre du Soleil est un
spectre continu, qui présente de fines raies d’absorp- Figure 2.2 – Spectre du Soleil mesuré depuis l’espace
tions à cause des éléments chimiques constituant (modifié d’après Wikipédia)
son atmosphère. C’est un spectre très similaire au
spectre d’un corps noir dont la surface est à une tem-
pérature de 5780 K (figure 2.2).
91e ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE PHYSIQUE CHIMIE
2.1.2 Équivalence masse et énergie
Puissance P et énergie E La puissance P est l’éner-
gie libérée ou reçue pendant une seconde. Pour me-
surer une puissance P (en watt W ), il faut donc me-
surer l’énergie E (en joule J) pendant une durée ∆t
(en seconde s) puis calculer le rapport
E
P=
∆t
Si on connaît la puissance reçue ou libérée P pen-
dant une durée ∆t, on peut calculer l’énergie reçue
E en modifiant la formule précédente
E = P × ∆t
Énergie totale rayonnée par le Soleil On peut
mesurer au niveau de la Terre l’énergie reçue à
chaque seconde, par rayonnement sur une surface
de 1 m2 , et qu’on appelle la constante solaire K
Figure 2.3 – Le Soleil rayonne de l’énergie de façon
K = 1367 W.m−2 isotrope autour de lui, chaque seconde, au niveau de
Le Soleil et la Terre sont séparés d’une distance la Terre, une surface de 1 m2 est traversée par une
D = 1.496 × 1011 m. quantité d’énergie de 1367 J.
Imaginons que l’énergie rayonnée par le Soleil tra-
verse à chaque instant une sphère dont il est le C’est une perte très faible pour le Soleil. En ef-
centre et dont le rayon est la distance Soleil-Terre. fet, comme le Soleil a une masse totale de 1.989 ×
Voir figure 2.3. Cette sphère a une surface 1030 kg, pour consommer la totalité du Soleil, il fau-
S = 4πr 2 drait une durée
1.989 × 1030
et on sait que pour 1 m2 de cette sphère, il y a ∆t =
une puissance rayonnée valant K. On peut alors 4.27 × 109
connaître la puissance totale rayonnée P = 4.65 × 1020 s
= 14700 milliard d’années
P =S×K
= 4π × r 2 × K 2.1.3 Le rayonnement du Soleil
et en faisant l’application numérique Loi de Planck Un objet dense et chaud va émettre
11 2
P = 4π × (1.496 × 10 ) × 1367 un rayonnement lumineux dont la distribution de
l’énergie en fonction de la longueur d’onde du
= 3.845 × 1026 W rayonnement est donnée par la loi de Planck, qui
dépend de sa température de surface (figure 2.4).
Équivalence masse et énergie Einstein a proposé
que la perte de masse ∆m et l’énergie libérée ∆E Loi de Wien La loi de Wien relie la température
sont reliées par la relation de surface T d’un objet exprimée en degré Kelvin à
la longueur d’onde λmax en m pour laquelle il y a un
∆E = ∆m × c 2
maximum d’émission de rayonnement.
avec la vitesse de la lumière c = 3.00 × 108 m.s−1 .
2.898 × 10−3
On peut donc calculer la masse perdue par le So- λmax =
leil à cause de son rayonnement en modifiant cette T
formule La relation entre la température T en degré kelvin
K et la température θ en degré Celsius o C est
∆E
∆m =
c2 T = θ + 273.15
3.845 × 1026
=
(3.00 × 108 )2 Loi de Wien et étoiles On utilise la loi de Wien
= 4.27 × 109 k g pour mesurer la température de surface des étoiles,
10CHAPITRE 2. LE SOLEIL, NOTRE SOURCE D’ÉNERGIE
Capter l’énergie du Soleil Pour capter l’énergie
transportée par le rayonnement solaire, il faut un
objet plan ayant une certaine surface S en m2 ca-
pable d’absorber ce rayonnement.
Plus la surface de collecte est grande, plus l’énergie
captée chaque seconde sera grande. Voir figure 2.5
Pcaptée = S × Prayonnée
On utilisera les unités suivantes
— Pcaptée en watt (W )
— S en mètre carré (m2 )
— Prayonnée en watt par mètre carré (W.m−2 )
Figure 2.4 – Loi de Planck, rayonnement d’un corps
en fonction de sa température de surface. La longueur
d’onde λmax correspondant au maximum d’émission
d’énergie dans le spectre permet de calculer la tem-
pérature de surface du corps en appliquant la loi de
Wien.
en déterminant dans leur spectre la longueur d’onde
λmax pour laquelle on a un maximum d’émission de
Figure 2.6 – Pour capter l’énergie rayonnée par le So-
lumière puis en appliquant la loi de Wien.
leil, le plan du capteur doit être perpendiculaire aux
rayons solaires, de manière à être en incidence nor-
2.1.4 Énergie reçue sur la Terre male i = 0o .
Puissance radiative du Soleil Le Soleil rayonne
de la lumière ultra violette, visible, infra rouge et Cette surface doit être orientée convenablement par
radio. Ce rayonnement transporte de l’énergie et on rapport aux rayons du Soleil, perpendiculairement
peut donc définir une puissance radiative qui sera à eux, pour capter la totalité du rayonnement. Dans
l’énergie transportée pendant chaque seconde par le le cas contraire, on ne capte qu’une fraction de ce
rayonnement du Soleil. Voir figure 2.2. rayonnement. On peut montrer géométriquement
que
Pcaptée = cos i × S × Prayonnée
avec les unités suivantes
— Pcaptée en watt (W )
— i angle d’incidence en degré ou radian
— S en mètre carré (m2 )
— Prayonnée en watt par mètre carré (W.m−2 )
2.1.5 Variation temporelle et géographique de l’éner-
gie reçue sur la Terre
variation journalière Dans une journée, la hau-
teur du Soleil au dessus de l’horizon varie du levé au
couché du Soleil, et donc l’angle des rayons du Soleil
Figure 2.5 – L’énergie rayonnée par le Soleil captée est avec la surface horizontale du sol change, l’énergie
proportionnelle à la surface du capteur (sol, panneau reçue sera maximale quand le Soleil est dans l’axe
photovoltaïque, panneau solaire, ...). du méridien Sud.
111e ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE PHYSIQUE CHIMIE
variation annuelle La Terre a un axe de rotation
incliné de 23o par rapport à son plan orbitale autour
du Soleil, voir figure 3.11. La hauteur maximale du
Soleil au dessus de l’horizon sud peut varier de plus
ou moins 23o durant l’année, et donc l’énergie reçue
sur le sol peut varier de façon importante. Cela ex-
plique la présence de saisons dans les hémisphères
nord et sud de la Terre, à cause des importantes va-
riations de température qui en résultent. Voir les fi-
gures 2.8, 2.9 et 2.10.
variation géographique En se déplaçant vers le
pole nord ou le pole sud, on constate que la hau-
teur au dessus de l’horizon du Soleil baisse, et donc
les rayons sont très inclinés par rapport au sol qui
reçoit une quantité d’énergie plus faible : c’est pour-
quoi la température aux pôles est bien plus faible
qu’à l’équateur. Ce fait est universel dans le système
solaire.
12CHAPITRE 2. LE SOLEIL, NOTRE SOURCE D’ÉNERGIE
Figure 2.7 – L’axe de rotation de la Terre est incliné de 23.5 o et pointe de façon constante vers l’étoile polaire.
Durant l’année, les rayons du Soleil n’arrivent pas avec le même angle sur la surface du globe, ce qui induira
les saisons.
Figure 2.8 – Le 21 juin, date du solstice d’été, le Soleil
Figure 2.9 – Aux équinoxes du 21 septembre et du 21
est au plus haut sur l’horizon, et l’énergie reçue par
mars, la durée du jour et de la nuit est identique, par-
unité de surface sur le sol est maximale, la température
tout sur la Terre..
augmente vite.
131e ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE PHYSIQUE CHIMIE
Figure 2.10 – Le 21 décembre, date du solstice d’hi-
ver, le Soleil est au plus haut bas l’horizon, et l’énergie
reçue par unité de surface sur le sol est minimale, la
température baisse vite.
14Chapitre 3
La Terre, un astre singulier
Introduction
La forme et le mouvement de notre pla-
nète ont progressivement été compris du-
rant l’Histoire, par étapes successives qui
modélisaient des mesures de plus en plus
précises les phénomènes astronomiques.
3.1 La forme de la Terre
3.1.1 Histoire de la mesure du méridien
Une observation historique Durant l’Antiquité,
des voyageurs en Égypte avaient fait les observa-
tions suivantes
— Syène (l’actuelle Assouan) et Alexandrie sont
situées sur le même méridien
— la distance entre Syène et Alexandrie est
connue (environ 788 km)
— au solstice d’été (vers le 21 juin), le Soleil est à
la verticale à Syène, il n’y a pas d’ombres, mais
Figure 3.1 – Modèle d’Anaxagore pour mesurer la dis-
à Alexandrie, les rayons du Soleil sont inclinés
tance Terre Soleil.
de 7o 120 par rapport à la verticale
Interprétation d’Anaxagore (500-428 av. J.C.)
Anaxagore pensait que la Terre était plate. À par- — les rayons envoyés par le Soleil arrivent sur
tir de cette hypothèse, il propose un calcul permet- Terre parallèles entre eux
tant d’estimer la distance du Soleil à la Terre grâce — les droites sécantes des parallèles forment des
aux observations des voyageurs égyptiens (voir fi- angles alternes égaux
gure 3.1). Il trouva que le Soleil serait ainsi à une — les arcs de cercles qui reposent sur des angles
km
distance H = t788an(7.2o ) = 6240 km de la Terre sup-
égaux sont semblables
posée plate. Mais ce modèle n’arrive pas à expliquer
En raisonnant à partir de l’observation de l’as-
d’autres phénomènes comme la variabilité de la du-
pect de l’ombres d’un cadran solaire hémisphérique
rée du jour et de la nuit, la forme de l’ombre de la
(Scaphe), il fait la première estimation de la lon-
Terre sur la Lune lors d’une éclipse de Lune, la dis-
gueur du méridien terrestre. Voir figure 3.2. L’arc
parition sous l’horizon des bateaux qui s’éloignent
formé par les villes de Syène et d’Aléxandrie mesure
sur la mer.
788 km de long, il représente un angle α = 7.2o .
Donc pour la totalité de la circonférence de la Terre,
Interprétation d’Ératosthène (276-194 av. J.C) . on a par proportionnalité que le cercle méridien me-
Ératosthène reprend les observations des voyageurs sure
égyptiens, et ajoute plusieurs hypothèses supplé-
mentaires 788 km
— la Terre est une sphère × 360o = 39400 km
7.2o
151e ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE PHYSIQUE CHIMIE
Connaissant le périmètre de la Terre, on en déduit
son rayon car
périmètre = 2π × rayon
donc
r a y on = 6270 km
La valeur exacte est 6370 km.
Figure 3.3 – Extrait des cartes des triangles utilisés par
Figure 3.2 – Modèle d’Ératosthène pour mesurer la Delambre et Méchain pour mesurer la longueur de la
taille de la Terre. méridienne.
Mesure de la longueur du méridien Pour réaliser
une carte générale précise de la France, il fût décidé
à trois reprises de mesurer la longueur du méridien
de Paris, de 1683 à 1718, de 1739 à 1740, et pour
définir le mètre étalon, de 1792 à 1799. Cette der-
nière mesure a été faite par Méchain (1744-1804)
et Delambre (1749-1822), en partant de Dunkerque
jusqu’à Barcelone (voir figure 3.3).
La technique utilisée pour mesurer cette longueur
est la triangulation. On repère dans le paysage des
points remarquables qui forment des triangles, on
mesure les angles des sommets des triangles, et pour
un des triangles, on mesure très précisément la lon-
gueur d’un de ses cotés (voir figure 3.4). On utilise
ensuite la loi des sinus (voir figure 3.5) pour déter-
Figure 3.4 – La mesure de la base c ainsi que des angles
miner de proche en proche les longueurs des cotés
αi permet de calculer grâce à la loi des sinus les autres
des triangles.
distances a, b, d, e, f et g.
Plusieurs instruments de mesures furent néces-
saires. Une horloge très précise et un cercle de Borda
permirent de mesurer la latitude des lieux ainsi que
la direction de la méridienne. Le cercle répétiteur 3.1.2 Repérage géographique
de Borda (figure 3.6) fût aussi utilisé pour mesurer
avec grande précision les angles des sommets des Sphère La Terre étant sphérique, pour donner sa
triangles. Le cercle était équipé de lunettes avec un position sur cette sphère, il faudra préciser deux
réticule pour les visées ainsi que de petites loupes angles, la longitude ( long. ou λ) et la latitude (lat.
pour lire précisément les graduations sur des rap- ou φ) mesurés à partir d’une origine (voir figure
porteurs. 3.7).
16CHAPITRE 3. LA TERRE, UN ASTRE SINGULIER
Figure 3.5 – La loi des sinus relie la valeur des angles
au sommet d’un triangle et la longueur des cotés du
triangle.
Figure 3.7 – Pour se repérer sur le globe terrestre, on
définit la longitude λ et la latitude φ d’un lieu à partir
du méridien de Greenwich et de l’équateur.
Figure 3.6 – Cercle de Borda utilisé par Méchain et
Delambre.
Figure 3.8 – La longueur d’un arc de méridien se cal-
Latitude (lat. ou φ) La latitude permet de repérer cule à partir de la différence de latitude et du diamètre
sur une sphère un cercle parallèle à l’équateur. Cet de la Terre.
angle varie de 0o à 90o , et on précise si on va vers le
pôle nord (N ou signe +) ou vers le pôle sud (S ou
signe −). angle ∆α exprimé en degré.
∆α = φ1 − φ2
Longitude (long. ou λ) La longitude permet de
Ensuite, sachant qu’un cercle méridien a un péri-
préciser sur quel arc de méridien on se situe. On uti-
mètre de 40000 km et qu’il correspond à un arc de
lise le méridien de Greenwich comme origine. Cet
360o , on réalise une proportion pour trouver la lon-
angle varie de 0o à 180o et on précise si on se dé-
gueur de l’arc
place vers l’ouest de Greenwich (symbole O ou signe
−) ou vers l’est de Greenwich (symbole E ou signe ∆α
+). l= × 40000 km
360o
Voir figure 3.8.
Arc de méridien Pour calculer la longueur d’un
arc de méridien, on doit connaître la différence de Arc de parallèle La mesure de la longueur d’un
latitude entre les deux extrémités de l’arc, on a un arc de parallèle nécessite de connaître la différence
171e ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE PHYSIQUE CHIMIE
Figure 3.9 – La longueur d’un arc de parallèle se cal- Figure 3.10 – Le plus court chemin entre deux points
cule à partir de la différence de longitude et du dia- sur Terre est un arc de cercle, dont le centre est le centre
mètre du cercle parallèle, dont le périmètre dépend de de la Terre.
la longitude.
plan de l’orbite terrestre s’appelle l’écliptique.
de longitudes entre les deux points extrêmes de l’arc L’axe de la Terre est incliné d’un angle de 23, 5 o par
∆long. et on doit aussi connaître la latitude de ces rapport à la normale à l’écliptique, et pointe approxi-
points pour calculer le périmètre du cercle parallèle mativement vers l’étoile polaire.
à l’équateur. Il a un rayon R = RTerre × cos(latitude) Le mouvement sur l’orbite se fait dans le sens trigo-
et donc son périmètre serait nométrique, si on regarde la Terre en étant du coté
nord de l’écliptique.
P = 40000 km × cos(latitude) La Terre tourne sur elle même en 23h 56min 4s,
Finalement la longueur de l’arc de parallèle sera dans le sens trigonométrique, par rapport aux
étoiles, de manière à ce que Soleil se lève à l’Est et
∆long. se couche à l’Ouest, en se plaçant à la surface de
L= × 40000 km × cos(latitude) l’hémisphère nord terrestre. Voir figure 3.11.
3600
Voir figure 3.9.
Du géocentrisme vers l’héliocentrisme
Plus court chemin Le plus court chemin sur une Le géocentrisme En apparence, les astres du ciel
sphère entre deux points à sa surface est un arc d’un tournent tous dans le même sens autour de la Terre,
cercle centré sur la sphère et passant par ces deux et pendant longtemps, les humains pensaient que la
points. Voir figure 3.10. Terre était le centre de l’Univers, on parle alors de
géocentrisme.
coordonnées sexagésimal Pour mesurer les Cependant, cette description du Monde se heurtait
angles, on peut utiliser une expression décimale à plusieurs problèmes pour interpréter des observa-
de l’angle mais aussi une expression sexagésimale tions et des mesures astronomiques de plus en plus
en degré (o ), minute (0 ) et seconde (00 ), avec pour précises.
convention que 1o = 60 0 et 1 0 = 60 00
Mouvement rétrograde des planètes Quand on
3.2 La Terre dans l’Univers note sur une carte la position d’une planète par rap-
port aux étoiles, vue depuis la Terre, on observe que
3.2.1 La Terre autour du Soleil la planète semble reculer sur son chemin au cours
de l’année. Ce mouvement, appelé mouvement ré-
Orbite de la Terre
trograde, était connu depuis l’antiquité. Il y a eu dif-
Si on décrit le mouvement de la Terre par rapport férents essais de modélisation à partir de cercles cen-
aux étoiles, elle parcourt une trajectoire quasiment trés sur la Terre pour décrire ce mouvement étrange.
circulaire de rayon R = 1.50 × 1011 m, appelé l’unité Le modèle héliocentrique facilitera l’explication de
astronomique UA en une durée de 365.24 jours. Le ce phénomène optique, du à la composition du mou-
18CHAPITRE 3. LA TERRE, UN ASTRE SINGULIER
plan de l'écliptique
150 000 000 km
vers l'étoile
polaire
sens de rotation sens du déplacement
de la Terre de la Terre
Figure 3.11 – Mouvement de la Terre autour du Soleil, par rapport aux étoiles.
vement de la Terre et de la planète autour du Soleil. est du à un phénomène de synchronisation du mou-
vement et de dissipation d’énergie car la Lune et la
Terre ne sont pas des astres totalement rigides, ils se
Phases de Vénus et de Mercure Quand Galilée déforment et perdent ainsi un peu d’énergie.
observa la première fois Vénus avec sa lunette vers
1610, il vît des phases et une variation du diamètre Phases de la Lune Les phases lunaires s’ex-
apparent de Vénus (voir figure 3.13) qui ne peuvent pliquent facilement par un jeu d’ombre et de lumière
s’expliquer que dans le cadre d’un modèle héliocen- en fonction de la position de la Lune par rapport au
trique du système solaire (voir figure 3.14). Soleil et à la Terre. Voir figure 3.16.
3.2.2 La Lune autour de la Terre Calendriers Le mouvement de la Lune a été utilisé
Taille La Lune est un satellite naturel de la Terre par de nombreuses civilisations et cultures pour éta-
qui n’a pas d’atmosphère à cause de sa taille et sa blir des calendriers lunaires en orient, en Asie et en
masse (7.35 × 1022 k g) insuffisantes pour retenir Amérique du sud. Ces calendriers ont été progressi-
une atmosphère, la vitesse nécessaire pour échap- vement abandonnés (sauf pour les fêtes religieuses
per à son attraction (2.38 × 103 m.s−1 ) étant voisine juives et musulmanes par exemple) au profit du ca-
de celle des molécules d’un gaz aux températures lendrier grégorien qui est synchronisé sur la rotation
courantes sur la Terre (500 m.s−1 ) . de la Terre autour du Soleil, gardant ainsi les saisons
aux mêmes dates de l’année. Voir figure 3.17.
Orbite La Lune décrit une trajectoire presque cir-
culaire autour de la Terre, tournant dans le sens tri- 3.3 Exercice
gonométrique si on regarde la Lune en étant du coté
nord de la Terre. Le rayon de ce cercle est d’environ
1 La figure 3.18 représente les trajectoires de Mars
385000 km en moyenne, mais il varie légèrement.
et de la Terre autour du Soleil. Les positions sont
Cette orbite est inclinée de 5o par rapport à l’éclip-
indiquées tous les 18 jours.
tique. Voir figure 3.15.
a. Estimer grâce aux différentes échelles de temps et
d’espace
Mois synodique ou lunaison Le mois synodique — la distance Terre-Soleil et la période de rota-
est l’intervalle de temps séparant deux conjonc- tion de la Terre autour du Soleil
tions consécutives de la Lune et du Soleil. Sa du- — la distance Mars-Soleil et la période de rota-
rée est d’environ 29.5 jours mais elle peut fluctuer tion de Mars autour du Soleil
de quelques heures, le mouvement de la Lune étant b. Quelle est la forme de la trajectoire de Mars dans
perturbé par l’attraction du Soleil. un repère héliocentrique ?
c. Décrire le mouvement de Mars par rapport à un
Jour lunaire Une journée sur la Lune dure 29.5 référentiel géocentrique : le centre de ce référentiel
jours terrestres, car la rotation de la Lune sur elle est la Terre et les axes du référentiel pointent vers
même est synchronisée sur le mois synodique et la des directions fixes dans l’espace (vers des étoiles
Lune présente toujours la même face à la Terre. Cela lointaines).
191e ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE PHYSIQUE CHIMIE
Mouvement apparent de Mars en 2016 - d'après Dominic Ford - https://in-the-sky.org
Figure 3.12 – Mouvement apparent de Mars par rapport aux étoiles, vu depuis la Terre.
Figure 3.14 – Explication héliocentrique des phases de
Vénus.
385 000 km
D'après Statis Kalyvas - The Venus Transit 2004 - eso.org 5 o
orbite de la Lune
plan de l'écliptique
D'après Galileo Galilei vers 1610. Figure 3.15 – La Lune suit une trajectoire quasi cir-
culaire autour de la Terre en 29.5 j, cette orbite étant
inclinée de 5o par rapport au plan de l’orbite terrestre.
Figure 3.13 – Observations des phases de Vénus par
un astronome moderne et par Galilée.
feuille libre. On procède ensuite de la même façon
après avoir déplacé l’origine à la position de la Terre
Pour cela, on utilisera une feuille libre sur laquelle suivante.
on dessine un référentiel cartésien O x y dont le d. Chercher sur le WWW à l’aide d’un moteur de
centre est la Terre, puis on place l’origine sur la Terre recherche des informations relatives aux mots clefs
en posant cette feuille sur la figure 3.18 et on dé- cycles et épicycles.
calque la position de Mars à la même date sur la
20CHAPITRE 3. LA TERRE, UN ASTRE SINGULIER
nouvelle Lune
premier quartier
dernier quartier
pleine Lune
Figure 3.16 – La position relative de la Lune par rapport à la Terre et au Soleil explique l’aspect du satellite vu
depuis la Terre.
3.4 Correction
1 a. En utilisant l’échelle des distances
— la distance Terre-Soleil est environ 150 ×
106 km
— la distance Terre-Soleil est environ 230 ×
106 km
En utilisant le fait qu’il y a 18 jours entre deux points
et que l’on commence à compter à partir de 1
— la période de rotation de la Terre autour du
Soleil est de 18 × (21.25 − 1) = 369 jours (la
valeur exacte est 365.25 jours).
— la période de rotation de Mars autour du So-
leil, en utilisant la durée pour parcourir une
demie orbite, est de 2 × 18 × (20.1 − 1) =
687 jours (la valeur exacte est 689 jours).
b. Dans le repère héliocentrique, c’est à dire de
centre le Soleil et d’axes pointant vers des étoiles
lointaines et fixes, la trajectoire de Mars est quasi-
ment circulaire. En réalité, elle est légèrement ellip-
tique.
c. Voir la correction, figure 3.19.
d. Voir par exemple les sites
— http://ressources.univ-lemans.fr/
AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/
divers/ptolemee.html
— https://www.persee.fr/doc/crai_
0065-0536_1974_num_118_1_12960
— https://www.earthobservatory.
nasa.gov/features/OrbitsHistory
211e ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE PHYSIQUE CHIMIE
Figure 3.17 – Sur ce calendrier Grégorien (le calendrier officiel en occident), on a indiqué la succession des
phases lunaires (nouvelle lune, premier quartier, pleine lune, dernier quartier) et on constate qu’un mois lunaire
dure environ 29.5 jours.
22CHAPITRE 3. LA TERRE, UN ASTRE SINGULIER
250
Mars
11 10
12 9
Terre
13 8
Soleil
200
14 7
15 6
150 6 26
7 5 5
16 27 25
8 28 4
17 24 4
100 9 29
3
18 23 3
y ( en millions de kilomètres)
30
10
50 2
19 2
22
31
11 1 1
0 20
21
32
21
12
-50
20
33
22
13
-100 34 19
23
14
35 18
24 35
15
-150 17
16
25 34
-200 26
33
27 32
28 31
29 30
-250
-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250
x ( en millions de kilomètres)
Figure 3.18 – Trajectoires de la Terre et de Mars autour du Soleil. IL y a un intervalle de temps de 18 jours
entre deux points de chaque trajectoire.
23Vous pouvez aussi lire
