Rotation de la Terre

La Terre tourne de moins en moins vite

La Terre tourne sur elle même autour d'un axe, à l'équateur la vitesse est de 1674,364 km/h, cet axe est orienté vers le pôle nord céleste. Pendant longtemps, la rotation de la Terre était considérée comme la mesure la plus précise du temps qui passe, mais sa vitesse varie au cours du temps.
La vitesse de rotation de la Terre n'est pas régulière, de petites crises ou bégaiements du temps se produisent assez fréquemment. Des secondes disparaissent ou plutôt des minutes de 61 secondes apparaissent. Depuis les années 1960, 34 secondes ont disparues à cause du ralentissement imperceptible mais régulier, de la rotation de notre planète autour de son axe. De nombreux phénomènes tendent à ralentir la vitesse de rotation. Depuis le noyau métallique jusqu'à l'atmosphère, chaque couche tourne de façon irrégulière, imposant son rythme aux autres.
Le manteau terrestre, lui subit les forces gravitationnelles de la Lune dont les effets de marée ralentissent régulièrement et depuis des milliards d'année notre rotation. C'est l'ensemble de la Terre qui subit les aléas des forces gravitationnelles du système solaire, planètes et Soleil compris.
La dérive des continents, les courants marins, les phénomènes météorologiques, les séismes peuvent modifier de quelques microsecondes la période de rotation de la Terre, soit en l'accélérant soit en la ralentissant. Notre Terre est « ballotée » sur le tissu quadridimensionnel de l'espace-temps, comme sur la surface d'un trampoline géant modifié par la gravitation des planètes, du Soleil et des étoiles. Cette déformation permanente ou courbure de l'espace temps, crée les flots chaotiques de la gravité. De plus, la définition de la seconde, qui date de 1967, comprend 9 192 631 770 oscillations d'atome de césium 133, mais cette seconde ne divise pas parfaitement le jour réel, astronomique. Il persiste une petite erreur qui vient s'ajouter à toutes les autres fluctuations.

Tous ces évènements imprévisibles nous obligent à surveiller en permanence la période de rotation de la Terre et la longueur du jour afin de resynchroniser le temps entre tous les instruments de mesure au sol et satellitaires. L'importance de cette resynchronisation est capitale pour de nombreux systèmes qui se basent sur la définition de la seconde.
De nombreux projets scientifiques et militaires utilisent cette seconde. En particulier les satellites GPS qui doivent être synchronisés sans quoi depuis la distance de leur orbite, les erreurs de calculs de positionnements ne seraient pas gérables.
C'est la raison pour laquelle, régulièrement on rattrape ce décalage astronomique du temps.

Image : Tous les mouvements de la Terre sont irréguliers et varient en permanence dans le temps, de nombreux évènements cosmiques et locaux modifient la vitesse de rotation de la Terre. Cette vitesse de rotation à l'équateur est de 1 674,364 km/h. Le nombre de rotations de la Terre sur elle-même est d'environ 365,2425 par an, soit 365,2425 jours sidéraux (rotation par rapport au système de référence céleste). Comme la Terre n'est pas rigoureusement un solide massif indéformable, le concept de vitesse de rotation angulaire doit être soigneusement défini, puis mesuré. C'est l'IERS (International Earth Rotation Service), qui met en ligne toutes les données.

Comment est mesurée la rotation de la Terre ?

Les mouvements de la Terre sont surveillés en permanence et requiert l'utilisation coordonnée de plusieurs techniques. Pour mesurer la rotation de la Terre, les techniciens se servent du VLBI « Very Long Baseline Interferometry », un réseau international de radiotélescopes ainsi que des réseaux de satellites comme les satellites GPS. Pour que le GPS fonctionne correctement, les horloges des 31 satellites GPS, doivent être parfaitement synchrones avec le temps sur Terre. A 18 000 km d'altitude, si les horloges de ces satellites ne sont pas synchronisées, les valeurs données par le GPS dérivent de 10 à 12 km par jour. Une correction du temps est donc nécessaire pour adapter le GPS aux effets de la gravitation. Les radiotélescopes au sol du VLBI, séparés de quelques centaines à quelques milliers de km, visent un objet lointain comme un quasar et mesure la différence de l'heure d'arrivée des signaux radio.
Les horloges atomiques parfaitement synchronisées, permettent de calculer la différence de temps que met l'onde radio pour atteindre chacun des télescopes. La précision des observations augmente avec la distance entre deux stations et atteint quelques dizaines de microsecondes. Cela suffit pour mettre en évidence des perturbations journalières.
Les sessions d'observations impliquent généralement entre 6 et 21 bases et comportent plusieurs dizaines de sources réparties dans le ciel, sur une durée de 24 heures. Un programme de sessions journalières permet de déterminer les variations rapides du temps universel. Le VLBI est la seule technique capable de mesurer toutes les composantes de l'orientation terrestre d'une manière journalière et exacte.
Le VLBI fournit les références primaires pour la détermination du temps universel de la précession et de la nutation (voir nota).

Les techniques satellitaires (GPS, SLR, DORIS) permettent l'interpolation journalière et la prédiction à court terme de temps universel entre les valeurs de référence fournies par le VLBI. Elles donnent aussi des valeurs journalières du mouvement du pôle.
Une autre technique comme La technique du Laser Lune (LLR) est utilisée pour déterminer l'obliquité de l'écliptique, ainsi que l'orientation du Système solaire dans le repère extragalactique.
Le système DORIS (Détermination d'Orbite et Radiopositionnement Intégré sur Satellite) est utilisé pour localiser précisément des points à la surface du globe grâce aux altimètres radar embarqués comme sur les satellites SPOT et TOPEX-POSEIDON dont la précision est centimétrique.
DORIS est particulièrement adapté à la surveillance des phénomènes naturels, (activité volcanique et tectonique, mouvement des glaciers, dérive des plaques).
L'une des plus intéressantes applications concerne la mesure des déplacements lents des plaques tectoniques grâce aux balises du réseau.

N. B. : La Terre se déplace comme une toupie autour de son orbite. L'extrémité de l'axe décrit lentement un cercle dans un plan horizontal, en direction du pôle nord céleste, c'est le mouvement de précession.
Un cycle complet du mouvement de précession dure 25 765 années, appelé grande année platonique. A cela s'ajoute l'attraction de la Lune et du Soleil qui perturbe légèrement la précession en y ajoutant de petites oscillations dont la période est de 18,6 ans. Cet effet s'appelle la nutation.

Image : La Terre se déplace comme une toupie autour de son orbite. L'extrémité de l'axe décrit lentement un cercle dans un plan horizontal, en direction du pôle nord céleste, c'est le mouvement de précession.
Tous les mouvements de la Terre sont irréguliers et varient dans le temps, de micro variations, dues aux forces gravitationnelles des objets du système solaire, se produisent en permanence, même les évènements locaux comme les séismes, ont un impact sur sa rotation.