Obliquité de la Terre

Description de l'image : L'obliquité de la Terre est l'angle entre l'axe de rotation de la Terre et son plan orbital (plan de l'écliptique).

Qu'est-ce que l'Obliquité de la Terre ?

L'Obliquité de la Terre ou l'inclinaison axiale est l'Angle entre l'axe de rotation terrestre et la perpendiculaire au plan de son orbite autour du Soleil (écliptique). De manière équivalente, c'est l'angle entre son plan équatorial de la Terre et son plan orbital. Actuellement, cet angle est d'environ ≈23,4 degrés. Dans le système solaire, les planètes ont des orbites autour du Soleil qui se situent toutes à peu près dans le même plan, celui de l'écliptique.

L'obliquité de la Terre est responsable des saisons. Plus l'angle est ouvert et plus le contraste entre les saisons est marqué. Si l'inclinaison axiale était nulle (0°), il n'y aurait pas de saison, la température serait répartie équitablement sur toute la planète. Parce que l'axe de la Terre est incliné, différentes parties de la planète reçoivent des quantités variables de rayonnement solaire au cours de l'année. Cela entraîne des variations de température et de durée du jour, créant ainsi les saisons.

Qu'est-ce que l'Axe de Rotation de la Terre ?

L'Axe de Rotation est la Ligne imaginaire autour de laquelle la Terre tourne sur elle-même en 24 heures. Cet axe traverse approximativement le pôle Nord et le pôle Sud situés sur la surface de la Terre. Le plan de l'équateur est perpendiculaire à l'axe de rotation terrestre. Les Pôles Célestes (nord et sud) sont des points imaginaires dans le ciel qui marquent les prolongements de l'axe de rotation de la Terre dans l'espace. Le Plan de l'Equateur Céleste est le prolongement imaginaire du plan de l'équateur terrestre dans l'espace. Bien que les mouvements de l'axe de rotation terrestre entraînent de légères différences entre les deux plans au fil du temps, ces écarts sont infimes.

Variations de l'obliquité de la Terre

L'obliquité de la Terre ou l'inclinaison axiale n'est pas un angle constant mais varie légèrement au fil du temps. Ce mouvement est causé par les perturbations gravitationnelles exercées par les autres planètes du système solaire, en particulier Jupiter et Saturne. Cependant, l'obliquité reste confinée entre 22,1° et 24,5°. Au cours des 5 derniers millions d'années, l'obliquité de la Terre a varié entre 22°2'33" et 24°30'16", avec une période moyenne de 41 040 ans. Actuellement, elle est de 23,4361706743° mais elle diminue lentement à un rythme d’environ 0,00013 degrés par an, soit ≈46,8 secondes d'arc par siècle. Autrement dit, l'axe se redresse vers la perpendiculaire à raison d'environ 1° sur une période de ≈7692 ans.

En résumé, l'obliquité de la Terre passe de 22,1° à 24,5°, puis revient à 22,1° au bout de 41 000 ans.

Variations de l'Axe de rotation de la Terre

L'axe de rotation de la Terre décrit un cône autour de la perpendiculaire au plan de l'écliptique. Ce mouvement de précession est causé par les forces gravitationnelles exercées par le Soleil et la Lune sur le renflement équatorial de la Terre. La période de 26 000 ans correspond au temps nécessaire pour que l'axe de rotation de la Terre effectue un cycle complet autour de ce cône. Cela signifie que l'axe de rotation revient à sa position initiale par rapport aux étoiles fixes après environ 26 000 ans.

Superposée à la précession de 26 000 ans, une autre oscillation, nommée Nutation, plus rapide et de plus petite amplitude se manifeste par des variations périodiques de l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre. La Nutation a une période principale d'environ 18,6 ans.

Facteurs influençant les variations de l'obliquité de la Terre

L'obliquité de la Terre varie sous l'effet de plusieurs mécanismes complexes. Ces variations sont le résultat d’interactions gravitationnelles, de processus internes à la Terre, et de phénomènes astronomiques à différentes échelles de temps.

1. Interaction gravitationnelle de la Lune

La Lune joue un rôle central car elle exerce une influence stabilisatrice sur l’axe de rotation terrestre, limitant les oscillations de l’obliquité. Elle contient l'obliquité terrestre dans un intervalle relativement restreint entre 22,1° et 24,5°. Sans la Lune, les simulations indiquent que l’obliquité de la Terre pourrait varier de manière chaotique, oscillant entre 0° et 85° sur quelques millions d'années.

La Terre n’est pas une sphère parfaite, elle est légèrement aplatie aux pôles et présente un renflement équatorial. Ce renflement fait que la répartition de la masse terrestre n'est pas isotrope (uniforme dans toutes les directions). Comme le renflement équatorial n'est pas aligné avec la direction Terre-Lune, cette interaction crée un couple gravitationnel qui tend à réaligner l’axe de rotation terrestre vers une position perpendiculaire au plan orbital. Ce couple compense partiellement les perturbations gravitationnelles des autres planètes, notamment Jupiter et Saturne, qui tendraient autrement à déstabiliser l’axe terrestre.

La Lune exerce une force gravitationnelle sur le renflement terrestre car elle orbite avec une inclinaison différente au plan équatorial terrestre, elle passe au-dessus et en dessous de ce plan au cours de son cycle orbital mensuel. Cela signifie que la Lune ne reste pas alignée avec le renflement équatorial de la Terre. Cette dissymétrie crée un couple gravitationnel, responsable des mouvements de précession de l'axe terrestre (mouvement circulaire autour d'une direction moyenne).

2. Interaction gravitationnelle des planètes géantes

Les planètes géantes (Jupiter et Saturne), en raison de leur forte masse, modifient la forme et l'inclinaison de l'orbite terrestre. Cela affecte l'angle entre l'axe de rotation de la Terre et son plan orbital. Ces perturbations provoquent des oscillations cycliques de l’obliquité sur une période d’environ 41 000 ans.

3. Interaction gravitationnelle du Soleil

Le Soleil exerce également une force gravitationnelle sur le renflement équatorial, mais celle-ci est moins stabilisatrice que celle de la Lune en raison de la distance Terre-Soleil.

4. Redistribution des masses terrestres

La fonte des glaces, les mouvements tectoniques et les marées terrestres influencent aussi l'axe de rotation terrestre. Ce transfert de masse modifie le moment d'inertie de la Terre (analogue au changement de vitesse d’une patineuse qui rapproche ou écarte ses bras). Cependant, ces variations sont infimes et oscillatoires car la redistribution des masses peut tantôt "redresser" l'axe (diminuer l’obliquité) ou le "pencher" (augmenter l’obliquité) en fonction de la direction des masses déplacées.

Les mesures par satellites comme les missions GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) permettent de détecter des variations infimes mais précises de l'axe de rotation terrestre, de la dérive des pôles géographiques (~10 cm/an) et des fluctuations de la durée du jour (quelques millisecondes).

Causes principales de la déviation géographique anormale de 2023

La déviation géographique des pôles de la Terre, souvent appelée "mouvement polaire" ou "dérive des pôles", est un phénomène complexe qui implique plusieurs facteurs géophysiques. En 2023, une déviation de 31,5 pouces (environ 80 cm) peut être expliquée par une combinaison de ces facteurs.

L'oscillation de Chandler est une composante majeure du mouvement polaire. Cette oscillation a une période d'environ 433 jours et une amplitude de quelques mètres. Elle est causée par des perturbations internes et externes de la Terre, telles que les tremblements de terre, les mouvements de magma, et les variations de la pression atmosphérique et des marées océaniques. Une déviation de 80 cm pourrait être partiellement attribuée à cette oscillation.

Les variations saisonnières de la distribution de la masse de l'atmosphère et des océans provoquent un mouvement polaire annuel. Ce mouvement a une période d'un an et peut contribuer à des déviations polaires de l'ordre de quelques dizaines de centimètres.

Les variations de la répartition de la masse à l'intérieur de la Terre, y compris les événements géologiques majeurs comme les tremblements de terre, les mouvements des plaques tectoniques et les déplacements de magma, peuvent également influencer le mouvement polaire.

Les variations climatiques, telles que la fonte des glaciers et des calottes glaciaires, peuvent modifier la distribution de la masse de la Terre et contribuer au mouvement polaire et de l'orientation de l'axe de rotation.

Cumul des Effets

Lorsque tous ces facteurs se cumulent, ils peuvent entraîner une dérive des pôles géographiques de l'ordre de 80 cm.
- L'oscillation de Chandler pourrait contribuer à une déviation de 30 à 40 cm.
- Le mouvement polaire annuel pourrait ajouter 10 à 20 cm.
- Les variations de la répartition de la masse terrestre pourraient contribuer à une déviation supplémentaire de 10 à 20 cm.
- Les forces externes et les effets climatiques pourraient ajouter encore quelques centimètres.