Une application pédagogique

Les saisons : une conséquence de l'inégale répartition de l'énergie solaire à la surface de la Terre

Les saisons sont caractérisées entre autre par :

• des variations de température
• des durées variables des jours et des nuits,
  

qui s'expliquent par :

• la rotondité de la Terre
• sa rotation sur elle-même
• sa révolution autour du soleil
• l'obliquité de son axe de rotation

Le travail sur les images satellitales permet de retrouver le rôle de ces différents facteurs.

Les images des satellites géostationnaires dans le domaine du visible visualisent les mouvements apparents du soleil dans un repère géocentrique.
Afin de rétablir une vision héliocentrique des phénomènes, on replace ensuite chaque image dans une représentation du système Terre- Soleil.

I- Image du solstice d'hiver à 6 h. (voir image Météosat ci-dessous)
La Terre apparaît en volume. On considère le plan vertical.

• Tracer :

1. l'équateur
   
2. l'axe des pôles Nord- Sud perpendiculairement à l'équateur.
   
3. la limite de l'éclairement : joindre les extrémités du croissant de lumière. La droite passe par le point de latitude 0° et de longitude 0°.
   
4. la direction des rayons solaires perpendiculaires à la limite d'éclairement. Le rayon passant par le centre donne la direction Terre- Soleil.

• Mesurer l'angle que fait la limite de l'éclairement et l'axe des pôles. Cet angle est maximum et égal à 23°

Image commentée

On peut en plus demander aux élèves de :

• retrouver les cercles polaires et les tropiques.

• mesurer la valeur des angles d'incidence des rayons solaires à 90° de longitude est, où il est midi :
. — à l'équateur
. — au tropique de l'hémisphère sud
. — au cercle polaire sud.
L'angle d'incidence est l'angle entre la direction des rayons solaires et la tangente à la surface terrestre au point considéré.

Cela donne la hauteur du Soleil au -dessus de l'horizon.

II- Image du solstice d'été à 18 heures : faire le même travail.

Afin de mieux percevoir la progression du cercle d'illumination en fonction de l'heure de la journée, on peut s'aider de l'animation construite à partir d'une succession d'images Météosat sur la journée du 16 mai 1992 à raison d'une image toutes les heures.

III- Passage au référentiel héliocentrique :
• Schématiser les images du solstice d'hiver 6 heures et du solstice d'été 18 heures à leur place sur l'ellipse de révolution en tenant compte de l'orientation Terre- soleil.

Si la vue en perspective pose problème, on peut proposer une représentation dans le plan perpendiculaire au plan de l'écliptique passant par les deux solstices. On fait alors coïncider la perpendiculaire à la limite d'éclairement passant par le centre avec le segment de droite HE.

On constate que l'axe de rotation conserve la même inclinaison.

Les images du solstice d'hiver à 12 heures et à 24 heures confirment l'éclairement du pôle sud et l'ombre sur le pôle nord; situation inversée sur les images du solstice d'été.

En ce qui concerne les équinoxes, les images à 6 heures et à 18 heures des 21 septembre et 21 mars confirment que le cercle d'illumination passe par les pôles. Ces images se trouvent dans le plan incliné à 23° 27' par rapport à la perpendiculaire à l'écliptique.

Afin de compléter le schéma classique, tracer l'axe des pôles et l'équateur sur l'image du 21 juin 12 heures et la représenter sur le schéma en inclinant l'axe des pôles de 23° par rapport à la normale à l'écliptique. Il n'existe pas d'image correspondant au 21 septembre 24 heures. C'est la nuit complète que l'on peut néanmoins schématiser en complètant avec l'axe de rotation.

En évaluation formative, on peut proposer l'image du jour à interpréter ou une image dont on ignore la date à replacer sur le schéma, par exemple celle de l'animation sur la journée.