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    Vie de couple - Les marées  
    Leïla Haddad - Ciel & Espace n.372 - 2001-05-01      
    Ils se tiennent par la barbichette et le premier qui rira…
Soumis à la dure loi de la gravitation,
planètes et satellites ne communiquent qu'à grands coups de tapettes.
Plaies, bosses et maux d'orbites garantis.
 
    Sir Isaac Newton a toujours prétendu avoir eu l'intuition de la gravitation universelle en 1665, alors qu'il n'était âgé que de 23 ans. Chassé du Trinity College of Cambridge par une épidémie de peste, il s'était réfugié chez sa môman. L'idée qu'une même force s'applique à tous les corps du Système solaire et leur impose leurs mouvements lui serait venue en regardant tomber une pomme.  
    Interpellé par le grand cri poussé par le fruit, le génie se serait alors demandé si la force qui l'attire irrésistiblement vers la Terre, à savoir la pesanteur, n'agirait pas aussi sur la Lune et ailleurs dans le Système solaire. Le résultat de ses précoces cogitations ne fut connu que vingt-deux ans plus tard, avec la formulation de la fameuse loi selon laquelle tous les corps s'attirent avec une force proportionnelle au produit de leur masse et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Dans un de ses rares accès de franchise, Newton a reconnu y être parvenu en y pensant tout le temps, et non en mangeant des pommes…  
La gravitation expliquait
tout, ou presque
  C'est la puissante force d'attraction du Soleil qui oblige les planètes à lui tourner autour en suivant des trajectoires elliptiques. A leur tour, ces dernières imposent leur loi à des corps plus petits, les satellites, qui se retrouvent pris dans leurs filets gravitationnels.  
    Sachant que "tous les corps s'attirent…", les planètes exercent aussi leurs pouvoirs attractifs les unes sur les autres et certaines, comme notre Terre, doivent subir les caprices de leurs grosses compagnes. Les interactions gravitationnelles entre satellites et planètes sont à l'origine d'un phénomène omniprésent chez le petit peuple du Soleil : les marées. Un corps soumis à l'attraction d'un puissant voisin se déforme.  
    Les particules de matière qui le constituent, même si elles appartiennent à une solide bille rocheuse, ont une irrésistible tendance à s'arracher de leur nid douillet pour se rapprocher de l'attracteur. Lorsque ce dernier est particulièrement gros, ou que son action est renforcée par celle d'autres petites planètes proches, les forces de marées ont des effets terrifiants. Torturé par son "patron", le géant Jupiter, bousculé par ses collègues Ganymède, Europe et Callisto, Io n'est plus qu'une plaie volcanique.  
    Les satellites ont intérêt à rester à bonne distance de leur chef, sous peine de dépasser la limite dite de Roche. Baptisée ainsi en l'honneur du mathématicien et géophysicien français Édouard Roche, c'est la distance minimale en deçà de laquelle la marée devient telle qu'elle fait exploser le satellite. Elle dépend du rayon de la planète, de sa densité et de celle de l'objet attiré.  
    Les anneaux de Saturne sont probablement tout ce qui reste d'une pauvre petite chose qui a eu le malheur de franchir ce céleste Rubicon.  
    Située à une distance moyenne de 384'000 km de la Terre, la Lune est hors de danger. Elle met le même temps, soit environ 27 jours, à faire un tour sur elle-même et à effectuer une révolution autour de la Terre. C'est la raison pour laquelle elle nous montre toujours le même visage. Cette rotation, dite synchrone, est le résultat de la sévère éducation gravitationnelle terrestre.  
    Admettons que la Lune tourne sur elle-même plus vite qu'elle ne boucle son orbite autour de la Terre. Sous l'effet de l'attraction terrestre, la surface de la Lune qui fait face à notre planète et celle qui lui est exactement opposée se soulèvent. En exagérant terriblement, le satellite se met à ressembler à un ballon de rugby dont l'axe pointe vers la Terre. Tout en parcourant un petit bout de chemin sur son orbite, elle pivote rapidement sur elle-même.  
Tous tes corps s'attirent…
même les pommes
  Entraînées par ce mouvement, ses excroissances ne sont plus dirigées vers nous. Notre planète "s'accroche" alors à ce bourrelet lunaire, sur lequel elle "tire" comme pour l'obliger à revenir vers elle. Ce faisant, elle freine la Lune, elle ralentit sa rotation jusqu'à ce qu'elle devienne synchrone avec sa période de révolution : la portion d'orbite parcourue par la Lune compense exactement sa rotation, et le bourrelet pointe en permanence vers la Terre.  
    Cette configuration, considérée comme stable, est celle de la plupart des satellites du Système solaire. La situation la plus rigolote est celle de Charon, le satellite de Pluton : sa période de révolution est identique à la période de rotation de la planète. Charon et Pluton se montrent toujours le même visage…  
    La Lune rend quasiment coup pour coup à la Terre. Sous l'effet de l'attraction lunaire, le sol et les océans terrestres se soulèvent et notre planète prend une jolie forme oblongue. Elle ne réagit pas immédiatement aux sollicitations de son satellite et les portions aqueuses de son anatomie mettent parfois quelques heures avant de lever. Quand la marée a lieu, la Terre a tourné sur elle-même et la Lune n'est plus à la verticale de ses bourrelets. Le satellite exerce dessus une force de rappel qui tend à les ramener vers lui. A son tour il freine la rotation de notre planète.  
    La durée du jour, qui dépend de la vitesse à laquelle celle-ci tourne sur elle-même, est en train d'augmenter : il y a 350 millions d'années, elle ne valait que 22 de nos heures et l'année comptait 400 jours. Selon une loi fondamentale de la physique, le moment cinétique d'un système isolé doit se conserver. Prenons une particule de matière en mouvement autour d'un axe quelconque. Son moment cinétique est égal au produit de sa masse par la distance qui la sépare de cet axe et par sa vitesse de rotation. Si, par exemple, cette dernière se met à augmenter, alors la distance doit diminuer pour garder le moment cinétique constant.  
    Prenons maintenant un patineur qui fait la toupie sur la glace. En rotation sur lui-même, il n'est pas soumis à une quelconque force extérieure et peut être considéré comme un système isolé du reste du monde. Il est constitué par tout un tas de petites masses qui, agglutinées les unes aux autres, forment son corps.  
    Le moment cinétique total de notre toupie humaine est la somme des moments de toutes les petites masses qui constituent ce système. Saisi par une brusque inspiration, le patineur étend ses bras et les déploie comme des ailes : sa vitesse de rotation diminue aussi sec. Par ce geste, il a éloigné de l'axe de rotation une partie des petites masses dont il est constitué. Il a augmenté leur moment cinétique, et donc celui du système global. La physique interdisant totalement ce genre de fantaisie, il a fallu, pour le ramener à son niveau normal, diminuer la vitesse de rotation. A l'inverse, mais toujours pour les mêmes raisons, elle augmente dés que le patineur ramène les bras le long du corps.  
    Le couple Terre/Lune peut parfaitement être considéré, à l'instar du patineur, comme un système isolé. La première a un moment cinétique lié à sa rotation sur elle- même; celui de la seconde est associé à son mouvement autour de la planète. L'ensemble constitue le moment cinétique global du couple, qui doit être conservé coûte que coûte. Or, à cause du ralentissement de la Terre, le moment cinétique de cette dernière diminue.  
    Pour maintenir à flot le moment du système il suffit d'augmenter celui qui est lié à la révolution de la Lune, en allongeant la distance qui sépare le satellite de sa planète : elle augmente de 3,7 cm par an. Une de ces nuits, la Terre va perdre son satellite.  
    Le cas de Phobos, l'un des deux gros et laids cailloux qui gravitent autour de la planète Mars, est inverse de celui de la Lune. Sa période de révolution est inférieure au temps mis par la planète à faire un tour sur elle-même (7 h 39 min., contre 24 h 37 min.). Au lieu de s'éloigner de sa planète mère, il s'en rapproche inexorablement et finira par s'y écraser dans une petite centaine de millions d'années.  
   

Si la lune mettait davantage de temps à effectuer une rotation qu'une révolution autour de la Terre, ou au contraire moins de temps, son bourrelet dû à la marée ne serait plus dirigé vers notre planète. La Terre exercerait dessus une force de rappel qui le ramènerait vers elle.

 
       
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