Inclinaison des rayons et saisons
Un 21 juin à Lyon, il fait chaud et il fait encore jour à 21 h. Le 21 décembre, il fait froid et la nuit tombe dès 17 h. Pourtant, c'est toujours le même Soleil. Pourquoi les saisons changent-elles au cours de l'année ?
Le Soleil dans le ciel au fil de l'année
En France métropolitaine, il y a quatre saisons : le printemps (début le 20 ou 21 mars), l'été (vers le 21 juin), l'automne (le 22 ou 23 septembre) et l'hiver (vers le 21 décembre).
Si tu observes le Soleil à midi tout au long de l'année, tu remarques deux choses :
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en été, il monte haut dans le ciel ; en hiver, il reste bas au-dessus de l'horizon ;
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en été, les journées sont longues ; en hiver, elles sont courtes.
Un poteau planté dans le sol le montre : quand le Soleil est haut, son ombre est courte ; quand il est bas, son ombre est longue.
Du point de vue d'un observateur sur Terre, le Soleil semble se déplacer dans le ciel. Mais ce n'est pas le Soleil qui bouge vraiment : par rapport au Soleil, c'est la Terre qui tourne sur elle-même (rotation, un jour) et autour du Soleil (révolution, un an). La hauteur du Soleil change parce que notre position par rapport à lui change au cours de l'année.
Nommer les quatre saisons de l'année en France métropolitaine et donner, pour chacune, le mois de début approximatif.
Nommer les quatre saisons de l'année en France métropolitaine et donner, pour chacune, le mois de début approximatif.
Recopier la bonne réponse. a) En été, le Soleil est à midi (plus haut / plus bas) dans le ciel qu'en hiver. b) En été, les journées sont (plus longues / plus courtes)…
Recopier la bonne réponse.
- a) En été, le Soleil est à midi (plus haut / plus bas) dans le ciel qu'en hiver.
- b) En été, les journées sont (plus longues / plus courtes) qu'en hiver.
- c) Plus le Soleil est haut, plus les rayons arrivent (verticalement / obliquement) sur le sol.
Rayons verticaux, rayons obliques
Pourquoi un Soleil haut chauffe-t-il plus ? Fais l'expérience avec une lampe de poche et une table.
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Lampe perpendiculaire à la table : la tache lumineuse est petite et bien éclairée.
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Lampe très inclinée : la même quantité de lumière s'étale sur une tache beaucoup plus grande, donc moins éclairée.
En été, les rayons sont presque verticaux : le sol chauffe. En hiver, ils sont obliques : l'énergie est répartie sur une grande surface et le sol reste froid. Un panneau solaire fonctionne de la même façon : il produit le plus quand les rayons le frappent perpendiculairement.
Un faisceau lumineux de même largeur éclaire une table : d'abord perpendiculairement, puis très obliquement. a) Indiquer dans quel cas la tache lumineuse est la plus…
Un faisceau lumineux de même largeur éclaire une table : d'abord perpendiculairement, puis très obliquement.
- a) Indiquer dans quel cas la tache lumineuse est la plus petite.
- b) Indiquer dans quel cas la surface reçoit le plus d'énergie par mètre carré.
À midi, à Nantes, la hauteur du Soleil au-dessus de l'horizon est de 65° le 21 juin et de 18° le 21 décembre. a) Calculer la différence de hauteur entre ces deux dates.…
À midi, à Nantes, la hauteur du Soleil au-dessus de l'horizon est de 65° le 21 juin et de 18° le 21 décembre.
- a) Calculer la différence de hauteur entre ces deux dates.
- b) Expliquer pourquoi il fait plus chaud le 21 juin, en citant deux raisons.
- c) Indiquer la longueur de l'ombre d'un poteau : est-elle plus longue le 21 juin ou le 21 décembre ?
La durée du jour
Deuxième effet : la durée du jour. En été, le Soleil reste longtemps au-dessus de l'horizon : le sol est chauffé pendant de nombreuses heures. En hiver, il se lève tard et se couche tôt.
| Date (à Paris) | Durée du jour environ | Saison qui commence |
|---|---|---|
| 20-21 mars | 12 h | printemps |
| 21 juin | 16 h 10 min | été |
| 22-23 septembre | 12 h | automne |
| 21 décembre | 8 h 10 min | hiver |
La durée de la nuit s'obtient en retranchant la durée du jour à 24 h.
Tu peux modéliser tout cela avec une lampe (le Soleil) et un globe dont l'axe est incliné. Place le globe d'un côté de la lampe, puis de l'autre, en gardant l'axe orienté dans la même direction : l'hémisphère nord est tantôt penché vers la lampe (rayons plus verticaux, jour long), tantôt penché à l'opposé (rayons obliques, jour court).
Les deux effets s'ajoutent : en été, les rayons sont plus verticaux et le jour est plus long. Le sol reçoit beaucoup plus d'énergie, donc il fait plus chaud.
Durées du jour à Marseille : 21 juin : 15 h 05 21 septembre : 12 h 10 21 décembre : 9 h 15 21 mars : 12 h 10 a) Calculer la durée de la nuit le 21 juin et le 21…
Durées du jour à Marseille :
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21 juin : 15 h 05
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21 septembre : 12 h 10
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21 décembre : 9 h 15
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21 mars : 12 h 10
- a) Calculer la durée de la nuit le 21 juin et le 21 décembre.
- b) Calculer l'écart de durée du jour entre l'été et l'hiver.
- c) Associer chaque date à une saison de départ (début d'été, d'automne, d'hiver ou de printemps).
La vraie cause des saisons : l'axe incliné
La Terre tourne sur elle-même autour d'un axe, la ligne qui passe par les pôles. Cet axe est incliné (d'environ 23°) et il pointe toujours dans la même direction pendant que la Terre fait sa révolution autour du Soleil.
Quand l'hémisphère nord est penché vers le Soleil (juin), il reçoit des rayons plus verticaux et les jours y sont longs : c'est l'été. Six mois plus tard, il est penché à l'opposé : rayons obliques, jours courts, c'est l'hiver. Dans l'hémisphère sud, c'est l'inverse : en juin, il fait hiver à Saint-Denis de la Réunion, et le jour y est plus court qu'en France.
Un élève affirme : « L'été, il fait chaud car la Terre est plus proche du Soleil. » a) Rappeler que la Terre est en réalité plus proche du Soleil en janvier (environ 147…
Un élève affirme : « L'été, il fait chaud car la Terre est plus proche du Soleil. »
- a) Rappeler que la Terre est en réalité plus proche du Soleil en janvier (environ 147 millions de km) qu'en juillet (environ 152 millions de km) et calculer l'écart.
- b) Expliquer en quoi ce fait contredit l'affirmation de l'élève.
- c) Donner la vraie cause des saisons.
On modélise les saisons avec une lampe fixe et un globe dont l'axe est incliné. On déplace le globe autour de la lampe en gardant l'axe orienté dans la même direction.…
On modélise les saisons avec une lampe fixe et un globe dont l'axe est incliné. On déplace le globe autour de la lampe en gardant l'axe orienté dans la même direction.
- a) Expliquer pourquoi l'hémisphère nord reçoit des rayons plus verticaux dans une position que dans l'opposée.
- b) Expliquer pourquoi la durée du jour change au cours de l'année.
- c) Prévoir ce qui se passerait pour les saisons si l'axe de la Terre n'était pas incliné, en justifiant.
En juin, c'est l'été en France, tandis qu'à Saint-Denis (la Réunion), dans l'hémisphère sud, on est en hiver austral. a) Expliquer cette différence à l'aide de…
En juin, c'est l'été en France, tandis qu'à Saint-Denis (la Réunion), dans l'hémisphère sud, on est en hiver austral.
- a) Expliquer cette différence à l'aide de l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre.
- b) Indiquer comment, en juin, la durée du jour à la Réunion se compare à celle de la France.
- c) Montrer que l'hypothèse « la distance Terre-Soleil explique les saisons » ne peut pas expliquer ce fait.
Un panneau solaire de 2 m² est installé à Bordeaux. Il reçoit en moyenne 5,4 kWh par jour en été et 1,2 kWh par jour en hiver. a) Calculer le rapport entre l'énergie…
Un panneau solaire de 2 m² est installé à Bordeaux. Il reçoit en moyenne 5,4 kWh par jour en été et 1,2 kWh par jour en hiver.
- a) Calculer le rapport entre l'énergie reçue en été et celle reçue en hiver.
- b) Expliquer ce rapport par deux causes liées à la position du Soleil.
- c) Proposer une inclinaison du panneau plus favorable en hiver et la justifier.
Retour au début : le 21 juin à Lyon, le Soleil est haut et le jour est long, alors que le 21 décembre il est bas et le jour est court. La cause est l'axe de la Terre, incliné.
L'essentiel
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Les saisons sont dues à l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre, qui garde la même direction pendant sa révolution autour du Soleil.
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En été, le Soleil est haut, ses rayons sont presque verticaux et le jour est long ; en hiver, c'est le contraire.
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Des rayons verticaux concentrent l'énergie sur une petite surface : le sol chauffe plus.
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Les saisons sont inversées entre l'hémisphère nord et l'hémisphère sud.
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La distance Terre-Soleil n'est pas la cause des saisons.