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La durée d'un jour
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Depuis 1963 les paléontologues, par l'analyse de la vitesse de croissance des coraux, ont permis de reculer à deux milliards d'années notre connaissance de la durée du jour et de l'année. Ce changement quasi-linéaire de la durée du jour est lié aux dissipations à long terme associées aux déformations périodiques (marées zonales) du globe et aux marées océaniques générées par l'attraction de la Lune et du Soleil. Comme la Terre n'est pas parfaitement élastique, le renflement dû à l'attraction luni-solaire et qui est entraîné par la rotation de la Terre est en avance par rapport à la direction Terre-Lune. En effet la vitesse angulaire de rotation de la Terre sur elle-même est plus grande que celle de la Lune le long de son orbite; on veut dire par là que le maximum de déformation, emporté par la rotation de la Terre, est atteint après avoir dépassé l'axe Terre-Lune. Cette dernière exerce alors sur ce renflement une attraction qui tend à diminuer la vitesse de rotation de la Terre. Ce phénomène est à ajouter aux forces de frottement qui apparaissent sur le fond des océans par le déplacement des courants sous l'action des marées océaniques. Par le même mécanisme, le Soleil provoque lui aussi une augmentation de la durée du jour mais l'effet est moins important que celui de la Lune.
Récemment le ralentissement séculaire a pu être déduit des observations d'un satellite artificiel LAGEOS spécialement conçu pour la géodynamique. La démarche mérite d'être indiquée car elle témoigne de la qualité des observations effectuées au cours de la dernière décennie. Le mouvement des satellites est perturbé par le déphasage du renflement équatorial dont il vient d'être question. Ce déphasage peut donc être déterminé en suivant l'évolution des orbites les plus précises; cette approche montre que le ralentissement de la rotation de la Terre devrait être de 25 % plus important que la valeur acceptée par les observations anciennes. Ce résultat est confirmé par les mesures LASER de la distance Terre-Lune puisque la Lune s'éloigne de la Terre d'environ 3cm par an. (Par conservation du moment angulaire et à cause de cet éloignement, on peut également montrer le freinage de la rotation de la Lune sur elle-même. Ce freinage est complet actuellement et c'est la raison pour laquelle la Lune tourne toujours la même face vers la Terre.) Le désaccord sur le déphasage, déduit des éclipses anciennes et du mouvement tant de LAGEOS que de la Lune, implique la présence d'un autre phénomène qui doit décélérer la rotation de la Terre. Celui-ci résulterait des effets de la dernière époque glaciaire alors que le Canada et la Scandinavie étaient, il y a 18 000 ans, couverts de glace. En effet la Terre se comporte comme un corps visqueux et lors de la formation des calottes glaciaires, la croûte terrestre s'affaisse et repousse de la matière vers l'équateur. Au contraire quand les glaces se retirent, la matière reflue vers le Nord; ce dernier mouvement diminue le moment d'inertie du globe et donc, en vertu du principe de conservation du moment angulaire, la vitesse de rotation doit augmenter. Actuellement, nous sommes dans la phase inverse, la matière remonte vers les pôles; la vitesse de rotation doit donc diminuer.
Aux variations séculaires de la rotation de la Terre se superposent des variations dont les périodes peuvent varier de dix à plusieurs dizaines d'années; le caractère périodique de ces dernières fluctuations n'est d'ailleurs pas clairement identifié. En effet si les variations séculaires sont bien comprises, les décennales le sont beaucoup moins. L'idée qu'elles reflètent une évolution de la structure interne du globe par un changement de moment angulaire entre le noyau et le manteau est bien acceptée par l'ensemble des géophysiciens. Les mécanismes de couplage "noyau-manteau" les plus plausibles sont soit du type topographique, soit du type visqueux, soit encore du type électromagnétique. Le champ magnétique terrestre serait généré par des courants de convection dans le noyau liquide dans lequel circulent des courants électriques. Ces derniers résulteraient du mouvement du liquide dans le champ magnétique créé par ces mêmes courants (géodynamo). Des changements dans le régime magnétique provoqueraient des changements du champ magnétique observé à la surface de la Terre.
L'attraction de la Lune provoque des déformations périodiques de la Terre qui à leur tour induisent des variations de la rotation de la Terre; comme l'orbite de la Lune est caractérisée par de nombreuses périodicités, celles-ci se retrouvent dans les variations de la rotation de la Terre. Leur amplitude dépend des propriétés élastiques des matériaux qui composent le globe terrestre; la plus importante correspond à la rétrogradation de 18 ans 2/3 du noeud de l'orbite lunaire et induit des fluctuations de la vitesse de rotation de 0.15 secondes. On en trouve deux autres très caractéristiques avec des périodes de 13.7 et 27.4 jours.
Le Soleil contribue à créer des fluctuations annuelles et semi-annuelles; elles trouvent leur origine dans les déplacements saisonniers des masses d'air qui, en vertu du principe de conservation du moment angulaire, échangent de l'énergie avec la Terre dite solide. L'accord entre les variations saisonnières et la circulation atmosphérique est confirmé depuis la mise en oeuvre des nouvelles techniques d'observation; le mécanisme d'échange d'énergie (conservation du moment cinétique) trouverait ses sources dans les forces de frottement exercées par le vent sur la surface du sol ainsi que par les pressions exercées sur le sol, avec un rôle particulièrement important pour les chaînes de montagnes.
Outre les périodes annuelles et semi-annuelles, des fluctuations à plus courtes périodes ont été détectées, tant dans la vitesse angulaire de rotation de la Terre que dans le moment angulaire atmosphérique, l'une à 50 jours et l'autre à 120 jours. En ce qui concerne l'origine de ces deux dernières fluctuations, il semble bien que ce soit vers l'activité solaire qu'il faille la rechercher, le champ magnétique interplanétaire, le vent solaire et l'atmosphère étant les interfaces du transfert d'énergie du Soleil vers la rotation de la Terre.
La durée du jour s'allonge de une à deux millisecondes par siècle. Ceci correspond à un ralentissement de la rotation de la Terre. Ce ralentissement séculaire est mis en évidence par le calcul de la date et du lieu d'observation des éclipses anciennes, dont on a des traces jusqu'il y a environ 3000 ans; il est de l'ordre de 0.002/sec par siècle.
Depuis 1963 les paléontologues, par l'analyse de la vitesse de croissance des coraux, ont permis de reculer à deux milliards d'années notre connaissance de la durée du jour et de l'année. Ce changement quasi-linéaire de la durée du jour est lié aux dissipations à long terme associées aux déformations périodiques (marées zonales) du globe et aux marées océaniques générées par l'attraction de la Lune et du Soleil. Comme la Terre n'est pas parfaitement élastique, le renflement dû à l'attraction luni-solaire et qui est entraîné par la rotation de la Terre est en avance par rapport à la direction Terre-Lune. En effet la vitesse angulaire de rotation de la Terre sur elle-même est plus grande que celle de la Lune le long de son orbite; on veut dire par là que le maximum de déformation, emporté par la rotation de la Terre, est atteint après avoir dépassé l'axe Terre-Lune. Cette dernière exerce alors sur ce renflement une attraction qui tend à diminuer la vitesse de rotation de la Terre. Ce phénomène est à ajouter aux forces de frottement qui apparaissent sur le fond des océans par le déplacement des courants sous l'action des marées océaniques. Par le même mécanisme, le Soleil provoque lui aussi une augmentation de la durée du jour mais l'effet est moins important que celui de la Lune.
Récemment le ralentissement séculaire a pu être déduit des observations d'un satellite artificiel LAGEOS spécialement conçu pour la géodynamique. La démarche mérite d'être indiquée car elle témoigne de la qualité des observations effectuées au cours de la dernière décennie. Le mouvement des satellites est perturbé par le déphasage du renflement équatorial dont il vient d'être question. Ce déphasage peut donc être déterminé en suivant l'évolution des orbites les plus précises; cette approche montre que le ralentissement de la rotation de la Terre devrait être de 25 % plus important que la valeur acceptée par les observations anciennes. Ce résultat est confirmé par les mesures LASER de la distance Terre-Lune puisque la Lune s'éloigne de la Terre d'environ 3cm par an. (Par conservation du moment angulaire et à cause de cet éloignement, on peut également montrer le freinage de la rotation de la Lune sur elle-même. Ce freinage est complet actuellement et c'est la raison pour laquelle la Lune tourne toujours la même face vers la Terre.) Le désaccord sur le déphasage, déduit des éclipses anciennes et du mouvement tant de LAGEOS que de la Lune, implique la présence d'un autre phénomène qui doit décélérer la rotation de la Terre. Celui-ci résulterait des effets de la dernière époque glaciaire alors que le Canada et la Scandinavie étaient, il y a 18 000 ans, couverts de glace. En effet la Terre se comporte comme un corps visqueux et lors de la formation des calottes glaciaires, la croûte terrestre s'affaisse et repousse de la matière vers l'équateur. Au contraire quand les glaces se retirent, la matière reflue vers le Nord; ce dernier mouvement diminue le moment d'inertie du globe et donc, en vertu du principe de conservation du moment angulaire, la vitesse de rotation doit augmenter. Actuellement, nous sommes dans la phase inverse, la matière remonte vers les pôles; la vitesse de rotation doit donc diminuer.
Aux variations séculaires de la rotation de la Terre se superposent des variations dont les périodes peuvent varier de dix à plusieurs dizaines d'années; le caractère périodique de ces dernières fluctuations n'est d'ailleurs pas clairement identifié. En effet si les variations séculaires sont bien comprises, les décennales le sont beaucoup moins. L'idée qu'elles reflètent une évolution de la structure interne du globe par un changement de moment angulaire entre le noyau et le manteau est bien acceptée par l'ensemble des géophysiciens. Les mécanismes de couplage "noyau-manteau" les plus plausibles sont soit du type topographique, soit du type visqueux, soit encore du type électromagnétique. Le champ magnétique terrestre serait généré par des courants de convection dans le noyau liquide dans lequel circulent des courants électriques. Ces derniers résulteraient du mouvement du liquide dans le champ magnétique créé par ces mêmes courants (géodynamo). Des changements dans le régime magnétique provoqueraient des changements du champ magnétique observé à la surface de la Terre.
L'attraction de la Lune provoque des déformations périodiques de la Terre qui à leur tour induisent des variations de la rotation de la Terre; comme l'orbite de la Lune est caractérisée par de nombreuses périodicités, celles-ci se retrouvent dans les variations de la rotation de la Terre. Leur amplitude dépend des propriétés élastiques des matériaux qui composent le globe terrestre; la plus importante correspond à la rétrogradation de 18 ans 2/3 du noeud de l'orbite lunaire et induit des fluctuations de la vitesse de rotation de 0.15 secondes. On en trouve deux autres très caractéristiques avec des périodes de 13.7 et 27.4 jours.
Le Soleil contribue à créer des fluctuations annuelles et semi-annuelles; elles trouvent leur origine dans les déplacements saisonniers des masses d'air qui, en vertu du principe de conservation du moment angulaire, échangent de l'énergie avec la Terre dite solide. L'accord entre les variations saisonnières et la circulation atmosphérique est confirmé depuis la mise en oeuvre des nouvelles techniques d'observation; le mécanisme d'échange d'énergie (conservation du moment cinétique) trouverait ses sources dans les forces de frottement exercées par le vent sur la surface du sol ainsi que par les pressions exercées sur le sol, avec un rôle particulièrement important pour les chaînes de montagnes.
Outre les périodes annuelles et semi-annuelles, des fluctuations à plus courtes périodes ont été détectées, tant dans la vitesse angulaire de rotation de la Terre que dans le moment angulaire atmosphérique, l'une à 50 jours et l'autre à 120 jours. En ce qui concerne l'origine de ces deux dernières fluctuations, il semble bien que ce soit vers l'activité solaire qu'il faille la rechercher, le champ magnétique interplanétaire, le vent solaire et l'atmosphère étant les interfaces du transfert d'énergie du Soleil vers la rotation de la Terre.
