Les observations

Au cours de la journée, on peut observer le Soleil se lever et se coucher. On voit aussi, la journée ou la nuit, la Lune, les planètes et les étoiles qui se déplacent par rapport à notre horizon.
Les mouvements décrits ici correspondent à ce que l'on observe depuis la France métropolitaine.

On voit le Soleil se lever du côté est pour se coucher du côté ouest. A midi solaire, il passe plein sud et il est alors au plus haut dans le ciel. On peut aussi observer la Lune ou les planètes se lever du côté est pour se coucher du côté ouest.

On voit l'ensemble de la voûte céleste tourner autour d'un axe. Certaines étoiles se lèvent et se couchent (comme celles d'Orion), d'autres (comme les étoiles de la Grande Ourse) sont toujours visibles. L'étoile Polaire est la seule qui semble rester toujours au même endroit dans le ciel.

Les modèles

Deux modèles simples permettent d'expliquer ces observations

Modèle n°1 :
La Terre est immobile au centre du monde. Le ciel, sur lequel sont fixés le Soleil, la Lune, les planètes et les étoiles, tourne autour de la Terre en un jour.

Modèle n°2 :
Le ciel est immobile. La Terre tourne sur elle-même en un jour, d'ouest en est. Depuis notre observatoire en rotation, on semble ainsi voir le Soleil se déplacer d'est en ouest et les étoiles tourner autour de la Polaire dans le sens direct. On parle alors de mouvement apparent.

Ces deux modèles sont strictement équivalents du point de vue des mouvements. C'est un problème de référentiel.

Les deux modèles dans l'histoire de l'astronomie

Les Grecs avaient déjà envisagé la rotation de la Terre sur elle-même. Mais différents arguments leur ont fait préféré une Terre immobile au centre du monde.

Au XVIe siècle, Copernic relance l'idée d'une Terre en mouvement.

Un peu plus tard, Galilée montre qu'il est possible que la Terre tourne sur elle-même mais il n'en apporte pas de preuve physique. Son principal argument est celui de la simplicité : "...qui voudrait croire que la nature (tous s'accordent à penser qu'elle ne met pas en œuvre beaucoup de moyens quand elle peut se contenter de peu) ait choisi de mouvoir à une vitesse inconcevable un nombre immense de très grands corps, pour produire un résultat auquel suffirait le mouvement modéré d'un seul corps tournant autour de son propre centre ?"

Après Galilée, les astronomes acceptent rapidement l'idée d'une Terre tournant sur elle-même. La preuve physique la plus connue et la plus spectaculaire (mais non la première) fut le pendule de Foucault présenté au public parisien en 1851.

En conclusion

En terme de mouvement, dire que la Terre tourne sur elle-même ou que l'ensemble du ciel tourne autour de la Terre sont deux notions strictement équivalentes, c'est un problème de choix de repère.
Mais les lois de la physique sont plus simples dans certains repères. Comme le disait Henri Poincaré, "il est plus commode de supposer que la Terre tourne".

Si on se place donc dans un repère galiléen, la Terre tourne sur elle-même et le monde devient alors compréhensible. On peut expliquer l'aplatissement de la Terre aux pôles, l'accélération de Coriolis.

Si on considère la Terre fixe, il devient difficile voire impossible de comprendre les phénomènes qui nous entourent.. Dans ce repère terrestre, les étoiles tournent autour de la Terre à des vitesses supérieures à la vitesse de la lumière, ce qui pose quelques problèmes…