Mise à jour le 22 Février 2008
 
     
CONFÉRENCE de Jean SOUCHAY
De l'Observatoire de Paris (SYRTE)
"LA ROTATION DES PLANÈTES TELLURIQUES, historique et progrès récents"
Organisée par la SAF
Dans ses locaux, 3 rue Beethoven, Paris
 
Le Samedi 9 Février 2008 à 15H00
à l'occasion de la réunion de la Commission de Planétologie.
 
Photos : JPM pour l'ambiance. (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos 
L'auteur a eu la gentillesse de nous donner sa présentation PPT complète; elle est disponible sur ma liaison ftp le fichier s'appelle : "souchay-rotat-SAF.ppt" en format Power Point (ppt.3,4 MB ), ceux qui ne possèdent pas cette application peuvent télécharger gratuitement la visionneuse (PP viewer) qui permet de voir la présentation après installation. Seules certaines animations particulières ne pourront pas être visionnées complètement avec ce programme de remplacement.
 
 
 
 
 
BREF COMPTE RENDU
 
Le CR sera bref car Jean Souchay nous a fourni sa présentation.
 
 
Une partie du public de cette conférence donnée par J Souchay.
 
 
 
Jean Souchay est astronome à l'Observatoire de Paris, département du SYRTE: Systèmes de Référence Temps Espace.
Ce département mène des recherches principalement dans les trois domaines suivants :
·        Métrologie temps/fréquence
·        Systèmes de référence et rotation de la Terre.
·        Histoire de l'astronomie.
 
Jean Souchay est spécialisé dans l'astrométrie et la rotation de la Terre.
 
En introduction quelques mots sur la formation du système solaire, à partir d'une nébuleuse primitive (nébuleuse de Laplace). Les grumeaux de la matière solaire se condensent en planètes. Le moment cinétique de l'ensemble initial est maintenu aujourd'hui (conservation du moment cinétique une des lois fondamentales de la physique).
Au cours du temps, toutes les planètes ont subi des modifications dans leur rotation.
 
 
 
RAPPEL SUR LA ROTATION D'UN CORPS SOLIDE :
Le mouvement de rotation du solide est son mouvement autour de l’ axe instantané de rotation dans un référentiel inertiel R = (O,X,Y,Z)  centré au  barycentre O du solide.  Attention !!  
L’axe instantané qui est «l’ ensemble des points du solide de vitesse nulle» par rapport à R n’est pas forcément fixe dans l’espace !
 
On définit quatre axes de rotation :
·        L'axe (0,z)
·        L'axe de symétrie
·        L'axe de rotation instantanée
·        L'axe du moment cinétique.
 
Un corps solide en rotation peut se ramener à divers modèles comme :
 
·        La sphère
·        L’ellipsoïde à symétrie de révolution       a = b ; b< c
·        L’ellipsoïde triaxial a < b < c
·        Le corps solide irrégulier
 
 
Notre planète voit sa forme étudiée par un satellite dédié : LAGEOS.
 
 
La Terre est un géoïde comme on l'a appris en cours de géographie
on en définit certains coefficients :
les géopotentiels; ce sont des concentrations de masse (zone bleue).
 
 
Les angles d'Euler sont définis dans la rotation d'un corps solide, comme ils sont définis sur cette page.
 
L'Université de Nantes, met d'ailleurs à notre disposition une animation de ces angles en flash dont on peut modifier l'angle de vue.
Les angles d'Euler permettent de définir la position angulaire d'un solide dans l'espace.
 
On peut aussi utiliser les variables d'Andoyer ou la représentation de Poinsot.
 
 
 
 
 
LA ROTATION DE LA TERRE.
 
Du point de vue d’un terrien les étoiles tournent en 23h56min autour d’un axe dirigé vers un point fixe du ciel, le pôle céleste (non loin de l’étoile “polaire”). C'est le temps sidéral.
 
Quant au soleil, il met 4 minutes de plus, soit 24H pour accomplir la rotation diurne. C'est le temps solaire (l'heure solaire est l'heure indiquée par le cadran solaire).
 
La rotation de la Terre et sa place au sein du système solaire a été un long combat, malgré certains précurseurs : les Grecs, Copernic, Foucault etc..
 
En fait, le jour solaire n’est même pas constant, notre planète est inclinée sur son orbite et la Terre décrit une ellipse et non pas un cercle, on définira donc un jour solaire moyen.
La différence est l'équation du temps, différence donc entre le Soleil vrai et le Soleil moyen (les anglo saxons utilisent le contraire attention!).
En France, les gardiens du temps c'est l'IMCCE : l'Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémérides dépendant de l'Observatoire de Paris
 
 
 
La Terre donc ne tourne pas si "rond" que ça, d'ailleurs elle est aussi aplatie.
 
·        Newton avait raison, c'est aux Pôles qu'elle est plus aplatie qu'à l'équateur, on l'a mesuré à l'époque, Maupertuis la mesure au cercle polaire.
·        Hipparque au IIème siècle av JC avait déjà détecté le mouvement de précession de 26.000 ans de période.
·        Le mouvement de nutation est lui découvert par J Bradley en 1747.
·        Kant en 1754 découvre l'effet des marées sur la longueur du jour.
·        Lalande en 1764 évalue les irrégularités à 2 à 3 secondes par an
·        De plus le mouvement de l'axe de rotation de la Terre n'est pas constant avec la conséquence que les Pôles ne sont pas toujours au même endroit sur Terre.(ces pôles ne sont pas les pôles géographiques).
·        Il y a aussi une non uniformité de la vitesse de rotation mise en évidence au XXème siècle par Stoyko.
 
 
 
Mais pourquoi tous ces caprices : voir la photo ci-dessus.
 
 
 
 
LES PARAMÈTRES DE L'ORIENTATION DE LA TERRE.
 
Ou EOP : Earth Orientation Parameters.
 
 
Ce sont les paramètres de
·        Nutation en longitude et en obliquité.
·        Polhodie : Trajectoire du pôle terrestre nord dans un repère lié à la Terre. (contenu d  ns un carré de 20m)
·        Longueur du jour (lod : length of day)
 
 
Les techniques modernes de mesures :
 
Aux astrolabes et lunettes zénithales de précision de l'ordre de 0,015" d'arc ont succédé les mesures par satellite (effet Doppler) avec une précision de 0,002" et 2cm en positionnement des Pôles.
 
Et maintenant les mesures en interférométrie radio avec le VLBI (Very Large Baseline Interferometer) réseau de radio télescopes permettant des précisions énormes : 0,0000001" (0,1 µas).
 
Tout ceci permettant au GPS une précision de positionnement de l'ordre du mm.
 
 
 
La Précession/Nutation :
 
 
 
·        l’axe de rotation de la Terre décrit un cône de demi ouverture 23°26’ autour de l’axe de l’écliptique: la précession (Hipparque -200 Av J.C.le met au jour), amplitude 50’’ par an
·        à la quelle se superpose des ondulations périodiques entre qq jours et 18,6 ans (amplitudes <= 10’’) : la nutation (Bradley,1747)
 
 
 
 
 
Ceci donne lieu à un modèle de la Terre : le REN 2000 (Rigid Earth Nutation) qui sert de base au modèle de l'UAI appelé MHB 2000.
(MHB = Mathews,Herring,Buffett)
 
 
 
 
La Polhodie :
 
 
 
 
 
L'axe de rotation de la terre n'est pas fixe par rapport à la croûte terrestre. Il décrit "le mouvement du pôle" (ici représenté par la courbe en pointillés noirs) contenu dans un carré de 20 mètres de côté
 
En trait plein on voit l'évolution moyenne année par année depuis 1890.
 
On voit son évolution entre 1996 et 2000.
 
Pourquoi une telle évolution : les masses océaniques, les marées atmosphériques.
 
 
 
 
 
La variation de la durée du jour :
 
Principalement due à :
 
 
·        Variations séculaires : frottement dus aux marées
·        Variations à moyen terme : friction manteau-noyau
·        Accélération de la vitesse de rotation: le rebond post-glaciaire
·        Fluctuations annuelles et semi-annuelles  (Stoyko 1937) origine dans les déplacements saisonnier des masses d’air
 
Le ralentissement (principalement effet de la Lune) est de 2ms par siècle.
 
Voici une courbe des variations depuis 1800.
 
 
 
À son origine la Terre tournait en 16 heures.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Peu de temps consacré aux rotations des autres planètes, voir la présentation PPT pour plus de détails à ce sujet.
 
 
 
Nombreuses questions et discussions avec Jean Souchay pendant sa présentation.
 
Merci à lui d'avoir répondu à toutes nos interrogations.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
 
Le géoïde Terre par planet-terre. :
 
Les systèmes de référence 9MB en pdf par nos amis Belges :
 
Sur les angles d'Euler par G Tulloue.
 
Le mouvement de la Terre : http://clubastronomie.free.fr/systeme/mouvement_terre.htm
 
Le VLBI vu du Jodrell Bank Observatory.
 
Développements récents des concepts et des modèles en Astronomie Fondamentale par Nicole CAPITAINE du SYRTE
 
La précession et la nutation.
 
À l'IMCCE , l'équation du temps y est particulièrement bien expliquée
 
Precision time and the rotation of the Earth par Dennis D. McCarthy, document pdf.
 
 
 
Bon ciel à tous
 
 
Jean Pierre Martin  SAF Commission de Planétologie
www.planetastronomy.com