Les éclipses de Soleil

par Pierre Causeret — last modified 2021 Mar 09 09:14

Éclipse ou occultation ?

Une éclipse de Soleil se produit lorsque l’on voit la Lune cacher le Soleil soit en totalité (éclipse totale), soit en partie (éclipse partielle). Quand un astre en cache un autre, on devrait parler d'occultation. Ainsi, ce qu'on appelle couramment une éclipse de Soleil est en réalité une occultation de Soleil par la Lune (figure 1).
Pour que se produise une éclipse de Soleil, il faut qu’il y ait un alignement plus ou moins parfait des trois astres Soleil, Lune, Terre, dans cet ordre, ce qui ne peut avoir lieu qu’au moment de la nouvelle Lune.

Figure 1. Éclipse totale de Soleil, visible pour une personne située dans l'ombre de la Lune.

Éclipse totale ou partielle ?

À l'opposé du Soleil, on trouve derrière la Lune une zone d'ombre ainsi qu'une zone de pénombre (figure 2).

Figure 2. Ombre et pénombre.

Un observateur situé dans l'ombre de la Lune verra le Soleil totalement occulté par la Lune.
S’il est situé dans la zone de pénombre, seule une partie du Soleil sera cachée par la Lune.

Figure 3. Ombre et pénombre de la Lune se projetant sur la Terre le 11 août 1999, photographiées depuis la station MIR par JP Haigneré. On ne distingue ici que la partie la plus sombre de la pénombre qui s'étend sur environ 7 000 km (crédit CNES).

Comme la Lune tourne autour de la Terre, son ombre se déplace le long d’une bande peu large (250 km au maximum).
L’éclipse est totale pour toutes les personnes situées sur cette bande de totalité.
Pour les personnes situées autour de cette bande, l’éclipse est partielle.
Enfin, pour les personnes trop éloignées de la zone de totalité, le Soleil est entièrement visible, il n’y a pas d’éclipse.

Fig. 4. L’éclipse du 11 août 1999. La bande de totalité a été repassée en rouge. Elle a traversé la France de Fécamp à Strasbourg. L’éclipse était partielle depuis la zone plus claire (Crédit Bureau des Longitudes).

Fig. 5. Différentes phases de l’éclipse partielle de Soleil du 20 mars 2015 (photos Pierre Causeret/Clea).

Fig. 6. Éclipse totale de Soleil (éclipse du 21 août 2017, photos Chantal Lecoutre/Clea).

Pourquoi n’y a-t-il pas d’éclipse de Soleil à chaque nouvelle Lune ?

La Lune tourne autour de la Terre dans un plan incliné de 5° par rapport au plan de l'écliptique (le plan de l'orbite terrestre). L'intersection de ces deux plans s'appelle la ligne des nœuds. L'orbite de la Lune croise cette ligne en deux points, le nœud ascendant (quand elle passe du sud au nord du plan de l'écliptique) et le nœud descendant (figure 6).

Figure 7. La ligne des nœuds est représentée en rouge. Le plan de l'orbite lunaire est en vert et le plan de l'écliptique en bleu.

C'est l'inclinaison du plan de l'orbite lunaire qui fait qu'il n'y a pas d'éclipse de Soleil à chaque nouvelle Lune. Il y a éclipse si la nouvelle Lune a lieu à proximité d’un des nœuds donc si elle est quasiment dans le plan de l'écliptique (le mot écliptique vient d'éclipse).

Fig. 8. Ligne des nœuds et éclipse
En 1 et en 3, la ligne des nœuds passe par le Soleil à la nouvelle Lune, il y a une éclipse de Soleil.
En 2, l'ombre de la Lune passe « au-dessus » (au nord) de la Terre, il n'y a pas d'éclipse de Soleil.
En 4, l'ombre de la Lune passe « en dessous » (au sud) de la Terre, il n'y a pas d'éclipse de Soleil.

En réalité, pour qu'il y ait éclipse, il n'est pas obligatoire que la ligne des nœuds passe par le Soleil exactement à la nouvelle Lune. Il y a un délai d'une quinzaine de jours de part et d'autre, ce qui fait plus d'une lunaison. On est donc certain d'avoir une éclipse de Soleil dans le mois entourant le passage de la ligne des nœuds par le Soleil. Il peut même exceptionnellement y avoir deux éclipses de Soleil (elles sont alors partielles).
La ligne des nœuds n'est pas fixe dans l'espace contrairement à ce qui est montré sur la figure 7. Elle se déplace en tournant dans le sens rétrograde (le sens des aiguilles d'une montre vue du nord) avec une période de 18,6 ans. Ainsi, entre deux passages de la ligne des nœuds par le Soleil, il s'écoule un peu moins de 6 mois, plus précisément 173,3 jours (fig.8). On parle aussi d'année draconitique de 346,6 jours, qui est l'intervalle de temps entre deux passages du nœud ascendant entre la Terre et le Soleil (le dragon est le symbole des éclipses dans de nombreuses civilisations d'Asie).

Figure 9. Saison d'éclipse.

Les différents types d'éclipses

Une éclipse de Soleil peut être totale, annulaire ou partielle (fig.10). On parle aussi d'éclipse mixte si, au cours du déplacement de la Lune, elle passe d'annulaire à totale (ou l'inverse).


Éclipse totale : la Lune est assez proche pour que le cône d'ombre atteigne la Terre. Le personnage vert voit la Lune occulter le Soleil.	Éclipse annulaire : la Lune est trop éloignée, le cône d'ombre n'atteint pas la Terre. Le personnage voit le Soleil comme un anneau.	Éclipse partielle : elle n'est ni totale, ni annulaire en aucun lieu de la Terre. Le personnage voit le Soleil en croissant.

Figure 10. Les différents types d'éclipses de Soleil.


Éclipse totale.	Éclipse annulaire.	Éclipse partielle.

Figure 11. Les mêmes, vues par un observateur terrestre. Photos Wikimedia (Denys, Sancho Panza, Manfred Werner).

La distance de la Lune (qui varie de 356 000 à 407 000 km) joue donc un rôle important pour la nature de l'éclipse, totale ou annulaire. On peut aussi raisonner en s'intéressant au diamètre apparent des deux astres, en moyenne 32' pour le Soleil et de 29 à 34' pour la Lune.