I. B. Les mouvements du soleil : Expérience - Jours solaires variables

L'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre et le fait que l'orbite de la Terre autour du Soleil soit légèrement elliptique, entraînent un décalage de la trajectoire apparente du Soleil tout au long de l'année. Cette inclinaison modifie la hauteur d'apparition du Soleil dans le ciel et au fil de l'année.

Nous avons fait une expérience pour étudier cela.

Nous avons pris une plaque où nous avons planté un gnomon (une tige). Nous avons positionné la plaque au soleil pendant les vacances de la Toussaint. Nous avons relevé les ombres du gnomon régulièrement. Nous avons réitéré l'expérience pendant les vacances de Décembre.

En comparant les résultats obtenus à ces deux périodes différentes, nous avons observé un décalage entre la longueur et la position des ombres sur la plaque aux mêmes heures. 

Légende: les croix bleus représente le bout
des ombres à la période de novembre.
Les croix rouges représentent le bout
des ombre à la période de décembre.

L'ensemble des relevés.  La règle représente
 le prolongement de l'ombre de 17h00.
En effet, l'ombre dépassait de la plaque
et s'arrêtait au niveau de la feuille.

Les relevés aux deux époques différentes à différentes heures. 

La course apparente du Soleil varie au cours des saisons et varie d'autant plus que la latitude du lieu d'observation est élevée (voir ci-dessous avec l’explication des saisons). On remarque que en décembre, les ombres sont plus petites. De plus entre novembre et décembre, on est passé en heure d'hiver. De ce fait, pour pouvoir réellement comparer les ombres aux différentes dates, il faut enlever une heure à chaque ombre de décembre.

Remarque: Pendant que la Terre tourne sur elle-même, elle effectue chaque année le tour du Soleil en maintenant son axe polaire toujours penché et sans changer d'orientation. C'est de ce phénomène que vient les saisons.

Dans la partie précédente, nous avons montré que l'ellipse est proche d'un cercle.

Comme l’ellipse est proche d’un cercle, c’est l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre qui détermine les saisons (voir schémas ci-dessus).

Puisque l’orbite de la Terre est une ellipse et que, de ce fait, la distance entre la Terre et le Soleil varie au cours de l’année, on pourrait croire que cette orbite en ellipse crée les saisons. Or, ce n’est pas le cas. 

En effet, si l’ellipse était le facteur principal qui crée le saisons, les saisons seraient les mêmes dans l’hémisphère nord et dans l’hémisphère sud. Or, c’est l’été dans l’hémisphère nord lorsque c’est l'hiver dans l’hémisphère sud (d’ailleurs, en France, c’est l’été lorsque la Terre est la plus éloignée du soleil). 

On peut donc en déduire que, comme l’ellipse n’est pas le facteur principal à l'origine des saisons, elles proviennent de la variation d'ensoleillement induite par l'orientation changeante vis-à-vis du rayonnement solaire. 

Les saisons sont donc dues à la position de la Terre sur son orbite autour du soleil, puisque cette position fait varier l’inclinaison de la Terre. 
En hiver, la France reçoit moins de chaleur, et en été, elle en reçoit plus. 

L’axe de rotation de la Terre est en effet incliné. Cet axe de rotation est toujours incliné de la même façon au cours de la rotation de la Terre autour du soleil, quelque soit la position de la Terre. De ce fait, son inclinaison par rapport au soleil varie : lorsque la Terre est inclinée vers le soleil, c’est l’été, et lorsque la Terre est incliné dans l’autre sens, c’est l’hiver. C’est donc bien l’inclinaison de la Terre qui détermine les saisons.