a - Les marées
Parmi les nombreuses influences que l’on prête à la Lune, la plus connue et la moins contestée est sans aucun doute son action sur les marées terrestres. Cette influence est connue de l’homme depuis des millénaires mais il fallut attendre Newton et sa loi de la gravitation universelle pour disposer d’une théorie mathématique fiable.
Les marées résultent de l’attraction combinée de la Lune et du Soleil sur la masse liquide des océans. Au moment de la nouvelle et de la pleine Lune, ces deux attractions s’additionnent et les marées atteignent donc leur amplitude la plus forte. Par opposition, au moment du premier et du dernier quartier, ces deux forces s’opposent et l’amplitude des marées est considérablement réduite.
Cependant une question se pose : si les marées résultent de l’action combinée de la Lune et du Soleil, l’influence de notre satellite ne serait-elle pas négligeable aux vues de celles du Soleil, dont la masse est près de 27 millions de fois plus importante ?
A première vue, nous serions tenté de répondre par l’affirmative. Cependant la Lune a bel et bien plus d’influence sur les marées :
Le calcul expliquant cette influence majoritairement lunaire du phénomène des marées peut s’expliquer de la manière suivante :
Nous savons que deux corps, ici la Terre et la Lune, de masses quelconques exercent l’un sur l’autre une force d’attraction (l’interaction gravitationnelle) de même direction et de même norme (seul le sens change). C’est la troisième loi de Newton. Nous avons donc :
Cette force est modélisée par les flèches rouges. Dans le cas des océans, il nous suffit de remplacer la masse de la Terre par celle des océans (environ 1,40.10²¹ kg).
De plus, tous les objets sur Terre (ici, les océans) sont soumis à une force d’inertie (flèches bleues) opposée à cette force d’attraction et d’intensité égale à leur masse multipliée par :
Les océans sont ainsi soumis à l’attraction de la Lune. Cependant la distance prise en compte dans le calcul de l’inertie n’est pas tout à fait égale à la distance entre le centre de la Terre et le centre de gravité de l’astre (contrairement au calcul de l’attraction). En effet, pour un objet situé au point A, la force d’inertie est supérieure à l’attraction, la distance de cet objet au centre de gravité de la Lune étant d+r, d étant la distance du centre de la Terre au centre de gravité de la Lune et r étant le rayon de la Terre. La résultante des deux forces sera alors une force tendant à éloigner l’objet de la Lune (voir la forme des marées autour de la Terre : une sorte de « bourrelet »), dont l’intensité est donnée par la différence entre l’inertie et l’attraction :
De même, pour un objet situé au point B, l’attraction sera supérieure à l’inertie, la distance se trouvant alors être d-r. La résultante des deux forces tendra alors à rapprocher l’objet de la Lune, dont l’intensité est donnée par la différence entre l’attraction et l’inertie :
A partir de là, nous pouvons comparer l’influence de la Lune de celle du Soleil sur la Terre (en remplaçant la masse de la Lune par celle du Soleil) :
Données :
constante de gravitation = 6,67.10-11 S.I
distance Terre/Lune = 384 400.103 m
distance Terre/Soleil = 150.109 m
2r = diamètre de la Terre = 12 846.103 m
Masse de la Lune = 7,35.1022 kg
Masse du Soleil = 1,99.1030 kg
Masse des océans = 1,40.1021 kg
Donc:
La Lune a 2,2 fois plus d’influence sur les marées que le Soleil.
Cependant le phénomène des marées n’est pas aussi simple que l’on peut le croire au premier abord. En effet, la combinaison des forces d’attraction de la Lune et du Soleil est continuellement variable car la Lune se lève tous les jours 50 minutes plus tard que la veille et son éloignement varie beaucoup, comme nous l’avons déjà vu. De plus le mouvement des marées est soumis à une certaine inertie, ce qui retarde d’environ deux heures entre le passage de la Lune à un point donnée et son effet sur la masse d’eau à cet endroit. La rotation de la Terre et les caractéristiques des côtes et des fonds marins modifient eux aussi le mouvement des marées. Ainsi, tous les effets qui se combinent afin de contribuer au mouvement des marées peuvent arriver au nombre d’une centaine.
De plus, nous avons vu que la Lune, à l’aide du Soleil, soulève d’énormes quantités d’eau. Comme dans la nature, rien ne se crée ni rien ne se perd, l’énergie utilisée pour les marées se dissipe en grande partie sous forme de chaleur, influençant donc le climat de la Terre. C’est donc un autre effet secondaire que l’on peut attribuer à la Lune par l’intermédiaire des marées.
La croûte terrestre est également soumise au phénomène des marées. En effet, une expérience réalisée en 1932 par deux scientifiques (L. Carnera et F. Vercelli) à l’aide d’un long fil à plomb protégé de toutes perturbations mécaniques a montré que sous l’action de la Lune, le fil à plomb décrit, sur le plan horizontal, une ellipse dont le grand axe est incliné de 20° par rapport à l’axe est-ouest. Cette ellipse est parcourue deux fois par jour. Considérant que la Terre à une rigidité presque équivalente à celle de l’acier, des calculs ont estimé que les marées pouvaient conduire à une déformation périodique de la planète de près de 30cm. Des théories attribuent de ce fait une responsabilité des marées dans les tremblements de terre puisqu’elles amorceraient la libération des tensions accumulées sous l’effet des mouvements des plaques formant la croûte terrestre.
Enfin, une autre conséquence, plus surprenante, du mouvement des marées serait son influence sur la fonte de la calotte glacière. En effet, le scientifique Hilmar Gudmundsson, du British Antartic Survey, a observé la vitesse des rivières de glace qui drainent la calotte glacière. Cette vitesse de déplacement passerait ainsi de 0,9 à 1,2 mètre par jour, suivant le coefficient de la marée. Pour le moment, la seule explication avancée pour ce phénomène serait celle d’une fluidification de la couche de sédiments située sous la glace et qui lui permettrait de mieux glisser.
Les marées atmosphériques, un phénomène moins connu :
Depuis la fin du 19eme siècle, plusieurs études ont été menées afin d’étudier l’action de la Lune sur l’atmosphère. En effet, l’influence gravitationnelle de la Lune sur la Terre provoque, parmi d’autres influences plus connues, une influence sur l’état de l’atmosphère terrestre et donc sur le climat.
Ainsi, des parties de l’atmosphère sont elles aussi soumises à une marée, dont l'oscillation fondamentale, comme pour les océans, est semi-diurne. Sachant que les marées atmosphériques sont moins sensibles que les marées océaniques, elles entrainent tout de même des variations de la pression atmosphérique de l'ordre de 1 hPa, où l’on peut y distinguer les influences respectives du Soleil et de la Lune. Bien que les marées atmosphériques lunaires restent très faibles, les marées atmosphériques solaires, elles, sont discernables, en partie grâce à l'ajout d'une " marée thermique " de période 24 heures, qui apparaît plus nettement sous les tropiques et est liée bien sûr au réchauffement durant le jour.