Pourquoi la Terre est-elle ronde ?

Eh oui, il paraît qu'elle est ronde, mais on parle toujours de ses quatre coins !

Sur le port Keroman, à Lorient...

La meilleure preuve de la rotondité de la Terre est probablement celle laissée par la conquête spatiale et ses nombreux clichés de notre planète vue de l'espace. Voici un exemple de "clair de Terre" depuis la Lune.

On a longtemps cru que la Terre était plate. C'est évident : le milieu dans lequel on évolue est bien plan, et il faudrait avoir beaucoup d'imagination pour le voir courbe... Mais nos existences sont tellement insignifiantes par rapport à notre planète ! Ce sont ses dimensions colossales par rapport à notre échelle donnent l'impression de planéité (6 380 km de rayon, soit près de 40 000 km de circonférence !).

Plate et ayant la forme d’un petit tambour : Telle était la forme de la terre pour les premiers hommes. Plate parce qu’ils faisaient confiance à leurs sens et que l’horizon était pour eux la limite de leur vue et non la courbure d’une sphère. En forme de petit tambour, parce qu’elle avait une certaine épaisseur et que même en creusant profond, on ne relevait pas de cas de personnes passées de l’autre côté. (C’est d’ailleurs peut être l’origine de l’expression.) Il est à noter aussi que les fossoyeurs de l’époque étaient des gens drôlement courageux, car en creusant, ils ignoraient à quel moment allait se faire la rupture !

Plus sérieusement, c'était aussi l'idée du célèbre philosophe grec Démocrite. Un des premiers à avoir réduit notre globe à n'être qu'une des planètes d'une étoiles au sein de l'une des galaxies de l'Univers fut Aristarque de Samos, vers 280 av. J.-C. On passa très vite la marche arrière pour stationner pendant des siècles. L'étude de la cosmologie remettant en cause les fondements mêmes de l'Eglise, et pour éviter que l'édifice ne s'écroule, celle-ci allait combattre les savants trop peu raisonnables.

Un de ceux-ci portait le nom de Giordano Bruno. Après huit années de procès, en 1600, le savant sera mené au bûcher, déclaré "hérétique impénitent, opiniâtre et obstiné". Difficile pour lui de renier ses convictions : la doctrine héliocentrique proposée par Copernic dès 1542 avait été confirmée par Kepler (sur les observations de son maître, Tycho Brahé) quelques années plus tard.

En 1632, Galilée avait connaissance des théories de Bruno lorsqu'il rédigeait ses "Discours sur les deux grands systèmes du monde", mais il se montra d'une très grande prudence face à l'Eglise.

Il faudra attendre le XVIII^ème siècle et les travaux de Newton pour que la conception moderne de l'astronomie soit adoptée par le monde entier. Depuis lors il est admis par tous que la Terre est ronde, et qu'elle tourne comme une poussière autour du Soleil, lui-même poussière d'un Univers infini à son échelle.

La Terre s'est formée il y a quelques 4,5 milliards d'années, en l'espace de quelques dizaines de millions d'années, après effondrement d'un nuage de matière (à l'origine du Soleil et du système solaire) et après accrétion (agglomération à sa surface de poussières et de débris du nuage primordial). Le mécanisme de formation du système solaire est aujourd'hui encore débattu dans les milieux de l'astrophysique (en savoir plus). Mais une certitude cependant, le rôle essentiel d'une interaction fondamentale, d'une loi dont la Physique porte peu de représentants aussi importants : la gravitation. Et c'est justement Newton qui le premier a formalisé l'interaction en des concepts clairs et univoques (même si la Relativité Générale agrandit encore le cadre des applications de la gravitation).

Selon Newton, les corps matériels sont sujets à une interaction attractive, qui tend à les rapprocher ; cette interaction est d'autant plus intense que les corps concernés sont massifs et peu éloignés. Le caractère massif d'un objet est à rapprocher de la quantité de matière qu'il renferme, en étant conscient que notre traduction actuelle du concept de "masse" (exprimée en kilogrammes) et son utilisation quotidienne nous éloigne de ce sens premier.
N'importe quelle particule de matière de l'Univers en attire n'importe quelle autre, tout simplement parce que l'interaction gravitationnelle est une propriété intrinsèque de la matière (sans que l'on sache précisément le pourquoi de cette chose). Comme pour deux personnes victimes du coup de foudre, la gravitation n'est pas une attraction à sens unique : elle est mutuelle, chacun des corps attire l'autre (nous attirons la Terre autant qu'elle nous attire !). Et plus un corps a de masse - plus il renferme de matière -, plus son pouvoir attractif (modélisé par son champ de gravitation dans la physique actuelle) sera grand. C'est pour cela que la Terre ne monte pas à votre rencontre lorsque vous sautez (sa masse est de l'ordre de 10²⁵ kg !).

Poursuivons le raisonnement. Si une masse attire les autres masses par le biais de la gravitation, alors la Terre devrait attirer les objets vers l'endroit où la plupart de sa masse est concentrée, vers son intérieur (ce qu'on appelle "vers le bas"). Et chaque particule de matière de notre planète attire - et est attirée - par toutes les autres particules. Une particule qui se trouve à seulement quelques mètres sous la surface est tirée vers le bas par beaucoup plus de particules qu'elle n'est tirée vers le haut par les autres, car il y a beaucoup plus de particules en dessous d'elle qu'au-dessus : elle ressent donc une attraction "vers le bas". Et plus exactement vers l'endroit entouré d'autant de matière dans toutes les directions, dont aucune n'est a priori privilégiée dans l'espace : c'est le centre de gravité de la Terre.

Et voici qu'apparaît l'explication. La Terre s'est formée par effondrement gravitationnel d'un nuage de matière primitive puis par accrétion ; ces deux phénomènes ne privilégiant aucune direction de l'espace environnant, la symétrie de la forme obtenue est très élevée : c'est celle de la sphère. Gageons par ailleurs que, plus mathématiquement cette fois-ci, la variation de l'intensité de l'interaction gravitationnelle comme l'inverse du carré de la distance séparant les particules concernées implique elle aussi l'existence de cette symétrie. La Terre est ronde.

La Terre est ronde ? Peut-être, mais elle n'est pas parfaitement sphérique : elle est légèrement aplatie aux pôles et, comme la plupart des hommes en vieillissant, présente un peu d'embonpoint au niveau de l'équateur. Son diamètre passant par les pôles est de 42 kilomètres plus court que son diamètre au niveau de l'équateur. La Terre est une sorte de "patatoïde", ou bien de "géoïde" pour parler plus poliment, comme le montre l'animation suivante, où les défauts de sa structure ont été très exagérés.

Mais pourquoi la Terre est-elle aplatie aux pôles ? Tout simplement parce qu'elle tourne sur elle-même ! Cette rotation à raison d'un tour en un peu moins de 24 heures) - dite diurne - implique des vitesses linéaires en surface qui peuvent atteindre le millier de kilomètres par heure. Ces vitesses assez inimaginables puisque nous sommes soudés à sa surface (ce qui signifie que nous aussi nous déplaçons à ces vitesses par rapport à un observateur extérieur) entraîne l'existence d'effets centrifuges, comme ceux que l'on ressent dans les manèges à sensation : au niveau de l'équateur, la matière est poussée vers l'extérieur de la planète, ce qui provoque l'embonpoint dont nous avons parlé.

Nos ingénieurs de l'aérospatiale ont très vite tiré partie de cette particularité : puisque le rayon terrestre (distance entre la surface et le centre de gravité de la Terre) est plus grand à l'équateur qu'aux pôles, l'attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur les corps est moins intense à l'équateur qu'aux pôles. C'est pourquoi ils préfèrent tirer les fusées le plus près de l'équateur (à Kourou, en Guyane Française, par exemple) afin de se soustraire le plus facilement possible à la pesanteur terrestre.

Autre application, celle-là à peine croyable : la cartographie sous-marine. Les instruments actuels sont effectivement capables de détecter les faibles changements de gravité causés par les montagnes et les fosses sous-marines. Lorsqu'il y a concentration de masse due à la présence d'une montagne sous la mer, l'attraction gravitationnelle sur l'eau au-dessus s'en trouve augmentée, et les molécules d'eau sont attirées dans cette direction. Cela crée un léger empilement d'eau, et une petite bosse sur la surface de l'océan qui peut être détectée par un satellite en orbite (par analyse de la réflexion d'ondes électromagnétiques à la surface de l'océan).
Inversement, au-dessus de l'endroit où se trouve une fosse sous-marine, la surface peut subir une dépression allant jusqu'à 60 mètres (fosse des Mariannes). En mesurant ces variations, les scientifiques obtiennent des cartes détaillées des fonds marins sans même se mouiller. Petite précision toutefois : si la gravitation de Newton permet de comprendre le principe de la méthode, il faut avoir recours à la Relativité Générale introduite par Einstein pour mener les calculs avec précision.