Mouvement apparent du Soleil (Nord)

Nous savons tous que c'est la Terre qui tourne autour du Soleil. Mais pour nous, qui sommes sur la Terre, c'est le Soleil que nous voyons tourner autour de la Terre d'Est en Ouest. C'est ce qu'on appelle la course apparente du Soleil. Celle-ci varie au cours des saisons. Elle varie d'autant plus que la latitude du lieu d'observation est élevée.

Remarques : 

• Cette animation illustre la course apparente du Soleil pour un habitant de l'hémisphère Nord entre 40° et 50° de latitude. Un habitant de l'hémisphère Sud voit le Soleil vers le Nord mais toujours d'Est en Ouest ;
• Voir l'animation Course apparente du Soleil dans l'hémisphère Sud pour comparer ;
• Les heures sont exprimées en temps solaire : midi (12 heures) est l'instant où le Soleil atteint son élévation maximale.

• Définir le jour et la nuit ;
• Montrer que la durée du jour change en fonction des saisons ;
• Montrer que la hauteur du Soleil au-dessus de l'horizon, pour une même heure, varie avec les saisons ;
• Étudier la variation de la taille de l'ombre au cours de la journée et introduire le cadran solaire ;
• Rappeler l'étymologie du mot « équinoxe ».

Projet pédagogique original :

La ville norvégienne de Rjukan a installé des miroirs pour réfléchir la lumière du Soleil. Rjukan est située au fond d’une vallée. Les montagnes environnantes masquent son horizon et privent ses habitants de la lumière directe du Soleil plusieurs mois par an.

Cette actualité est l’occasion d’un projet pédagogique multidisciplinaire original qui se prête à une utilisation des ressources numériques (Google Earth, eduMedia, Stellarium).

Ce projet est téléchargeable ici: Rjukan.pdf

Observons la trajectoire du soleil pour quatre dates précises:

Au solstice d'été, le soleil se lève vers 4 heures, pour se coucher le soir vers 20 heures (temps solaire). C'est le jour le plus long (16 heures) et la nuit la plus courte (8 heures). Pour effectuer cette longue course d'est en ouest, le Soleil monte très haut dans le ciel. Son rayonnement est plus intense, et la surface de la Terre se réchauffe plus vite. À mi-parcours de sa course diurne, soit à midi heure solaire, l'élévation maximale est atteinte et les ombres deviennent très petites.

À l'inverse, au solstice d'hiver, le jour ne dure que 8 heures et c'est la nuit la plus longue (16 heures). Le Soleil se maintient beaucoup plus bas au-dessus de l'horizon. À 17 heures, il fait déjà nuit. Le Soleil reste bas au-dessus de l'horizon même à midi et les ombres s'allongent. Son rayonnement traverse une plus grosse couche d'atmosphère ce qui réchauffe moins la terre.

Au milieu de ces trajectoires saisonnières ascendantes et descendantes sur l'horizon, le soleil va présenter deux trajectoires quasiment identiques aux équinoxes d'automne et de printemps. À ces dates, les durées du jour et de la nuit sont égales. C'est d'ailleurs ce que signifie l'étymologie du mot équinoxe.

Remarque : en temps solaire, midi (12 heures) est l'instant où le Soleil atteint son élévation maximale.

Observer la trajectoire du soleil pour quatre dates précises et répondre aux questions suivantes :

• Le jour fait-il toujours 24h ?
• Comment expliquez-vous que sur l'animation, le Soleil tourne autour de la Terre ?
• A quelle date le jour est-il le plus long ?
• A quelle date la nuit est-elle la plus longue ?
• Comment définir l'équinoxe ? plusieurs réponses possibles ;
• Observer la taille des ombres et expliquer pourquoi l'hiver est une saison froide ?

Observer la course complète du Soleil en 24h, pour chaque saison.

Faire une pause à 8h du matin et montrer qu'il fait déjà jour en été mais encore nuit en hiver (idem à 17h).

Faire une pause entre 11h et 14h et observer les ombres pour cette même heure à différentes saisons. Commenter. Introduire le cadran solaire.

Demander à la classe de repérer l'est et l'ouest.

Ouvertures (sujet plus difficile) : les variations saisonnières sont dues à l'inclinaison de la Terre sur son orbite. Que se passerait-il si l'axe de rotation de la Terre n'était pas incliné ? A l'extrême, l'axe de rotation d'Uranus est très incliné (quasiment 90°). Quelle est la course apparente du Soleil pour un observateur sur Uranus ?