Les saisons : Pourquoi fait-il plus chaud en été qu'en hiver?
La distance du Soleil
La réponse que l'on reçoit le plus souvent de nos élèves et même d'adultes est : il fait plus chaud en été parce que nous sommes plus près du Soleil.
L'explication semble logique - on a plus chaud quand on s'approche d'un feu - mais elle est malheureusement fausse.
Il ne suffit pas de dire que c'est faux, il faut encore le prouver.
Deux arguments peuvent être utilisés :
- Un objet proche paraît plus gros qu'un objet lointain.
Si on photographie le Soleil à différentes époques de l'année (avec un filtre), on verra qu'il n'apparaît pas plus gros en été. Au contraire, il est un peu plus petit. L'orbite de la Terre est elliptique et la Terre passe au plus près du Soleil début janvier (à 147 millions de km) et au plus loin début juillet (à 152 millions de km).
Le 13 janvier
Le 25 avril
Le 22 juin
Le 23 septembre
Le Soleil n'apparaît pas plus gros en juin, nous n'en sommes donc pas plus proche (vous trouverez une activité sur ce sujet avec de meilleures photos).
- Autre argument que l'on peut avancer :
La Terre est minuscule comparée à sa distance au Soleil. Si on représente le Soleil par une bille de 1 cm de diamètre, la Terre serait située à plus d'un mètre et mesurerait à peine un dixième de millimètre.
On peut donc considérer sans faire une trop grosse erreur qu'un jour donné, tous les points de la Terre sont à la même distance du Soleil.
Et pourtant en juillet, c'est la saison chaude dans l'hémisphère nord et la saison froide dans l'hémisphère sud.C'est donc que les saisons n'ont rien à voir avec la distance au Soleil.
La hauteur du Soleil
Voici deux photos du Soleil à midi solaire, donc quand il passe au plus haut.
En hiver, le Soleil ne monte qu'à 20° au-dessus de l'horizon. Il éclaire en lumière rasante et chauffe beaucoup moins le sol qu'en été où il monte à 66° (angles donnés pour une latitude moyenne en France de 47°).
Un faisceau de lumière de 1 m² de section doit chauffer 1,1 m² s'il éclaire comme le Soleil de midi du solstice d'été (66° au dessus de l'horizon). Par contre, s'il éclaire en lumière rasante comme le soleil du solstice d'hiver à midi (20° au dessus de l'horizon), il doit chauffer 3 m² : le sol reçoit donc beaucoup moins d'énergie au m² et il fait plus froid.
Les photos et schémas précédents représentaient le point de vue d'un observateur terrestre. Voici ce que l'on pourrait observer en quittant la Terre :
Au solstice d'été (à gauche), un même faisceau de lumière doit chauffer une surface au sol représentée en rouge beaucoup plus petite qu'au solstice d'hiver (à droite). Il chauffe donc davantage au solstice d'été qu'au solstice d'hiver..
La variation de la hauteur du Soleil est le principal facteur responsable des différences de température entre l'hiver et l'été.
La longueur de la journée
Le deuxième facteur est la durée de la journée. Au solstice d'été, le Soleil nous éclaire pendant environ 16 heures contre seulement 8 heures au solstice d'hiver. Il nous chauffe donc plus longtemps au printemps et en été qu'en automne et en hiver.
(Les durées de la journée ont été calculées sans tenir compte de la réfraction atmosphérique)
Ces deux variations, de la hauteur du Soleil et de la durée de la journée, proviennent de l'inclinaison de l'axe de la Terre par rapport au plan de son orbite. Vous trouverez des détails au chapitre précédent (la révolution de la Terre autour du Soleil).