Silence, on tourne !

La Terre est à peu près ronde, nous en sommes maintenant sûrs. Allons même jusqu'à dire qu'elle tourne autour du Soleil, puisque le rythme de saisons en est la conséquence la plus visible. Et ajoutons encore qu'elle doit tourner sur elle-même, puisque nos jours se succèdent à nos nuits.

D'autres preuves ont été apportées en ce qui concerne la rotation diurne de la Terre : la célèbre expérience du pendule de Foucault en est un bel exemple. Vous trouverez quelques informations sur Wikipédia.

Avec un simple appareil photo (argentique Reflex, c'est le top), on peut également illustrer la rotation diurne par un beau ciel étoilé. Il suffit de viser l'étoile Polaire, de déclencher l'appareil et de laisser le diaphragme ouvert un certain temps (temps de pose).

 

En mesurant le temps de pose et à l'aide d'un rapporteur, on détermine très facilement la vitesse angulaire w de la Terre. Connaissant son rayon parallèle Rp à l'endroit considéré, fonction de sa latitude l,  on peut remonter à la vitesse de rotation terrestre v.

On écrira :

En France, à une latitude d'environ 45°,

A l'équateur, où la latitude est nulle,

Si la terre tourne à près de 1 700 km/h à l'équateur, pourquoi ne sommes-nous pas étourdis ? Pourquoi ne sommes-nous pas décoiffés dans cette rotation aussi rapide qu'un avion ? Est-ce parce que nous y sommes habitués que nous ne remarquons pas ce mouvement ?

Non. C'est parce que la rotation terrestre est un mouvement uniforme, qui ne change pas, et que nous ne percevons que les changements de mouvement (en Physique, on les appelle accélérations). A chaque fois que le mouvement d'un objet est modifié, que ce soit en terme de vitesse ou de direction, il a subi une accélération (mais ce n'est pas obligatoirement une augmentation de vitesse !).

Par exemple, dans une voiture sur toute droite et plane, lorsque le régulateur de vitesse est enclenché, le corps ne ressent aucune force. Si la voiture aborde un virage, le corps est déporté vers l'extérieur du virage (c'est ce qu'on appelle assez improprement la force centrifuge). Lorsque le conducteur appuie sur l'accélérateur, il s'enfonce légèrement dans son siège ; au contraire, s'il freine - les freins étant un accélérateur permettant de diminuer la vitesse -, il est entraîné vers l'avant. Mais tant que la vitesse n'augmente ni ne diminue pas, tant qu'il n'y a pas de virage, ni de montée ou de descente, il n'y a pas d'accélération. Dans ce cas, notre corps ne sait pas qu'il bouge.

Notre cerveau, en revanche, le sait, ne serait-ce que parce qu'il contrôle notre sens de la vue. De la même manière, si notre cerveau sait que la Terre tourne, notre corps ne s'en rend pas compte car le mouvement est doux, uniforme et continu.

Ceci constitue ce qu'on appelle aujourd'hui en Physique la première loi de Newton pour le mouvement, ou principe d'inertie.

Un corps se déplaçant en ligne droite et à vitesse constante continuera de la sorte à moins qu'il ne soit soumis à une force extérieure.

Sans l'action d'une telle force, le corps ne peut pas dire s'il est mouvement ou non.

Allons plus loin, et protestons : lorsque la Terre tourne, nous suivons tout sauf une ligne droite ! Pourquoi diable ne sommes-nous donc pas attirés vers l'extérieur (l'espace) comme dans nos virages sur la route ?
En fait, nous le sommes... mais la courbure de la trajectoire est tellement faible à notre échelle... qu'on a longtemps cru que la Terre était plate ! La trajectoire est donc quasi-rectiligne, et la force nous poussant vers l'extérieur est minuscule, d'autant qu'elle bataille avec la gravitation (le poids) qui nous maintient au sol et qui a, elle, une action beaucoup plus intense.

Remarque : le cercle et la droite
Si on pouvait rouler sur Terre sans rencontrer d'Océans, on pourrait revenir à l'endroit d'où l'on est parti. C'est-à-dire que bien que la route soit parfaitement droite pour nous, elle forme une boucle. Est-il toujours choquant de considérer que la droite n'est qu'un cercle de courbure nulle ?

Dans les parcs d'attraction, on recherche tout sauf le mouvement rectiligne et uniforme. En effet, les sensations naissent dans les accélérations, même dans l'accélération centrifuge des manèges les plus simples. Les montagnes russes les plus spectaculaires sont celles qui combinent montées, descentes, virages et boucles, dans lesquels l'accélération n'est pas nulle.

Pourquoi ne sommes-nous pas décoiffés par le mouvement vertigineux de notre planète ? Nous le sommes à 100 km/h sur la route ! La raison en est bien simple : l'air atmosphérique est lui aussi emporté à 1 700 km/h ; il n'y a aucun mouvement relatif entre l'air et nous.

 

Alors, si la Terre tourne à 1 700 km/h, pourquoi ne la voit-on pas bouger en dessous de nous dans un avion ? Ou bien encore, plus bizarre : si je saute en l'air et que j'y reste suffisamment longtemps, la Terre devrait tourner sous mes pieds : en sautant à Tours, pourrais-je donc me retrouver à Angers en retombant ?

Ce serait assez marrant, mais non. Et tout simplement parce que même quand vous êtes en vol vers une île déserte pour vous couper du monde, vous ne cessez de faire partie de ce monde. Vous et votre avion êtes liés à la Terre comme les montagnes et les arbres, il se trouve juste (normalement) à une altitude plus élevée. L'avion est "attaché" à l'air, l'air est attaché à la Terre : nous sommes tous sur le même bateau - pour reprendre l'expérience de Galilée et de son objet qui tombe en haut du mât... - d'Ouest en Est à la vitesse de 1 700 km/h (à l'équateur).

Vous allez me dire : on voit bien le sol se déplacer en dessous de l'avion... oui, mais il s'agit du mouvement de l'avion et non de celui du sol : c'est la même chose que de regarder les arbres depuis une voiture en route, nous les voyons alors reculer alors que notre voiture ne bouge pas par rapport à nous !

Il n'y a pas de mouvement absolu.

Tout mouvement est relatif, c'est dit. Conséquence : on ne peut pas dire que quelque chose est en mouvement ou immobile sans préciser "par rapport à quoi" ! On rapporte toujours le mouvement d'un objet à un point de référence (en Physique, on parle de référentiel) en termes de temps et d'espace.
Pour vous et votre voiture, les arbres sont en mouvement. Mais pour les oiseaux dans les arbres, ou pour les gendarmes et leur radar, c'est vous qui êtes en mouvement. Qui a raison ? Difficile de soutenir aux forces de l'ordre que vous étiez immobiles alors qu'eux étaient en excès de vitesse par rapport à vous !
Et si vous naissiez dans cette voiture ? Eh bien vous considéreriez de façon intuitive et anthropo(ego)centrique que vous êtes le point de référence. C'est ce que nous avons fait en temps que terriens. Mais si tous les conducteurs se prenaient comme points de référence, les mêmes arbres  se déplaceraient alors dans toutes les directions, et avec toutes sortes de vitesses !
Il est en revanche beaucoup plus facile de considérer que les arbres sont immobiles et de les prendre, avec leur paysage, comme références immobiles (on parle de référentiel terrestre).

Un palmier situé à l'équateur se déplace à 1 670 km/h. Mais donc, par rapport à quoi ? Le centre de la Terre est le seul point de la planète (en dehors des pôles) qui ne se déplace pas le long d'un cercle dans le mouvement diurne : il peut donc servir de référence immobile.
La planète met un an à parcourir son orbite autour du Soleil (révolution), à la vitesse de

par rapport au centre du Soleil !
De même, le Soleil se déplace par rapport à d'autres étoiles ; et ces étoiles se déplacent par rapport au centre de notre Galaxie, la Voie Lactée. Cette dernière se déplace elle aussi par rapport au centre de l'amas de galaxies auquel elle appartient, et ainsi de suite....

... de quoi faire tourner la tête ! Et dire que sans le grande uniformité de ces mouvements, nous serions en proie à de sérieux maux de mer !!

Dans l'avion, avec comme point de référence un point quelconque dans l'avion, la Terre recule avec la vitesse à laquelle l'appareil se déplace. Le contenu de l'avion se déplace initialement à la vitesse de rotation de la Terre, dont on ne tient pas compte dans un référentiel terrestre, mais à laquelle on ajoute ou on retranche la vitesse de l'avion pour obtenir la vitesse de l'appareil par rapport au centre de la Terre,

La vitesse dépend donc de toute évidence du point de référence choisi : l'avion a la vitesse que lui indique son tachymètre dans le référentiel terrestre attaché à la surface de la Terre, et une vitesse nettement supérieure dans le référentiel géocentrique (du centre de la Terre).

Les astronautes peuvent-ils observer la rotation terrestre ?

Eh bien, la situation est la même pour eux aussi. Pour eux, la surface terrestre semble aller vers l'arrière à leur vitesse (de l'ordre de 29 000 km/h) ; en raison de la valeur élevée de cette vitesse, il peuvent voir défiler les continents très rapidement... vers l'Ouest ! mais ce uniquement parce qu'ils se déplacent.

A ce sujet, pourquoi le KSC (Kennedy Space Center) se trouve-t-il sur la côte Est des Etats-Unis, et pas en Californie ? Après tout, il y a Mickey dans les deux cas ! Eh bien par précaution on préfère envoyer les fusées au-dessus des Océans plutôt qu'au dessus des zones habitées. Par ailleurs, en les lançant vers l'Est, dans le même sens de rotation que la Terre, on bénéficie d'une poussée gratuite, qui est maximale à l'équateur (1 670 km/h) comme c'est le cas pour la base européenne de Kourou, en Guyane française.
Sur son orbite, la navette volera donc vers l'Est, et les cosmonautes voient la Terre se déplacer vers l'Ouest !