Pourquoi les saisons existent-elles ? L'inclinaison de la Terre plutôt que la distance au Soleil

Il peut faire hiver en Allemagne et été dans le sud de l’Australie au même moment. Les deux régions appartiennent à la même Terre et se trouvent alors pratiquement à la même distance du Soleil. Les saisons sont surtout dues à l’inclinaison de l’axe terrestre : au cours de l’orbite, elle fait varier la hauteur du Soleil et la durée du jour dans chaque hémisphère.

« En été, la Terre est plus près du Soleil » paraît plausible, mais n’explique pas l’été de l’hémisphère Nord. Pour comprendre, séparons la rotation quotidienne, le mouvement annuel autour du Soleil et la direction de l’axe.

Un axe incliné qui garde presque la même direction

L’axe terrestre est une ligne imaginaire passant par les pôles Nord et Sud. La Terre tourne autour de cet axe : c’est l’origine de l’alternance du jour et de la nuit. Elle se déplace aussi autour du Soleil.

L’axe n’est pas perpendiculaire au plan de l’orbite : il est incliné par rapport à cette perpendiculaire. Dans un modèle simple couvrant une année, sa direction dans l’espace reste à peu près la même. La Terre ne se penche pas à nouveau chaque été pour se redresser en hiver.

Imaginez une balle inclinée que vous déplacez autour d’une lampe, son extrémité supérieure pointant toujours vers le même mur. Dans une position, elle penche vers la lampe ; à l’opposé, elle penche dans l’autre sens. C’est cette orientation changeante par rapport au Soleil qui compte (NASA : origine des saisons, en anglais).

Deux effets apportent davantage de lumière en été

Quand un hémisphère est incliné vers le Soleil, l’angle des rayons et la durée de l’éclairage changent tous les deux.

1. Un Soleil plus haut concentre la lumière

Éclairez une feuille de papier de face avec une lampe de poche : la tache lumineuse est compacte. Inclinez la feuille et la même lumière s’étale sur une surface plus grande. Chaque unité de surface reçoit moins de lumière.

Il en va de même pour le rayonnement solaire. Lorsque le Soleil est haut, ses rayons arrivent plus directement au sol. Lorsqu’il est bas, ils se répartissent sur une plus grande surface. Le service météorologique américain NWS utilise ce modèle de la feuille et de la lampe.

2. Des jours plus longs prolongent l’ensoleillement

Aux latitudes moyennes de l’hémisphère tourné vers le Soleil, un lieu passe une plus grande partie de chaque rotation dans la moitié éclairée de la Terre. Le Soleil reste plus longtemps au-dessus de l’horizon.

Des rayons plus directs et une durée du jour plus longue agissent ensemble. Ils expliquent le gain saisonnier d’énergie solaire, pas la température de chaque journée. Nuages, mouvements de l’air et autres conditions météorologiques influencent également la température locale.

La rotation continue en hiver. Une courte journée hivernale ne signifie pas que la Terre tourne plus vite : le lieu passe simplement moins de temps dans la lumière au cours de la même rotation.

Pourquoi les saisons sont inversées entre les hémisphères

Les hémisphères Nord et Sud se trouvent de part et d’autre de l’équateur. Quand le Nord penche davantage vers le Soleil, le Sud penche dans l’autre sens. Six mois plus tard, la situation s’inverse.

Ce tableau décrit un cycle saisonnier, pas une prévision météo. Il explique pourquoi Noël tombe en été dans le sud de l’Australie et en hiver en Allemagne, sans garantir une température particulière ce jour-là.

Aux équinoxes de mars et de septembre, aucun hémisphère n’est davantage incliné vers le Soleil. Cela ne garantit pourtant pas exactement douze heures entre lever et coucher partout. L’article pourquoi le jour et la nuit ne durent pas autant à l’équinoxe détaille cette différence.

Ce que la distance au Soleil explique, et ce qu’elle n’explique pas

L’orbite terrestre est une ellipse, pas un cercle parfait. La distance au Soleil varie donc : la Terre est généralement au plus près en janvier et au plus loin en juillet (NASA Space Place).

C’est un bon test de l’idée reçue : l’hiver de l’hémisphère Nord survient autour de la période où la Terre est la plus proche du Soleil. La comparaison des hémisphères est encore plus parlante. Un changement de distance concerne toute la planète ; il ne peut expliquer l’été d’un côté et l’hiver de l’autre au même instant.

La distance n’est pas sans effet sur le rayonnement reçu. Mais l’inclinaison de l’axe explique le cycle saisonnier opposé que nous considérons ici. « Été signifie plus près du Soleil » n’est pas la bonne règle.

Un modèle simple avec une balle et une lumière

Imaginez une balle, une source lumineuse et un repère pour le pôle Nord :

1. La lumière reste fixe. Elle représente le Soleil.
2. Tenez l’axe de la balle incliné. Son extrémité supérieure doit pointer dans la même direction tout au long de l’exercice.
3. Comparez deux positions opposées. Gardez la même distance à la lumière des deux côtés. Dans une position, le pôle Nord penche vers elle ; dans l’autre, il s’en détourne.
4. Ajoutez la rotation quotidienne. Suivez un point aux latitudes moyennes du Nord : combien de temps est-il éclairé, et sous quel angle reçoit-il la lumière ?
5. Comparez un point au Sud. Son évolution saisonnière est inverse.

L’essentiel n’est pas de rapprocher la balle de la lampe, mais de garder la direction de l’axe tout en changeant la position sur l’orbite. Une lampe proche est un modèle pédagogique, pas une reproduction à l’échelle du système Terre-Soleil.

Repérer les hémisphères sur le globe

Dans LiveGlobe 3D, vous pouvez faire tourner le globe, zoomer et afficher l’équateur, les tropiques et les cercles polaires dans les réglages. Repérez d’abord l’Europe, puis l’Australie. L’équateur montre qu’elles se trouvent dans des hémisphères différents. L’application web prévoit une connexion à un compte.

Utilisez le globe pour situer les lieux et le modèle lumineux pour comprendre la cause. Faire tourner le globe à l’écran change votre point de vue, pas la cause physique des saisons. Pour des horaires solaires locaux précis, consultez une table astronomique.

Explorez les vues disponibles du globe et posez-vous cette question en passant du Nord au Sud : quel hémisphère est davantage incliné vers le Soleil à cette période de l’année ?

Questions fréquentes

Le jour et la nuit sont-ils aussi des saisons ?

Non. Ils résultent de la rotation terrestre. Le cycle annuel des saisons résulte de l’orbite autour du Soleil combinée à l’inclinaison de l’axe.

La Terre se penche-t-elle à nouveau vers le Soleil chaque été ?

Non. Dans le modèle annuel simplifié, la direction de l’axe reste presque constante. Le changement de position sur l’orbite modifie l’hémisphère incliné vers le Soleil.

Pourquoi n’est-ce pas l’été partout en même temps ?

Les deux hémisphères ont des orientations opposées. Quand le Nord penche davantage vers le Soleil, le Sud s’en détourne. Six mois plus tard, c’est l’inverse.