Navigation rapide (Clés d'accès)

Contenu

Pourquoi le soleil continue-t-il de se lever plus tard après le solstice d’hiver ?

MétéoSuisse-Blog | 26 décembre 2023
26 Commentaire(s)

Si vous êtes lève-tôt, vous l’aurez sans doute remarqué : le soleil continue de se lever plus tard après le solstice d’hiver. Pourtant, la durée du jour augmente. Cela implique que le coucher du soleil se retarde encore plus que le lever. Mais pourquoi donc cette asymétrie ? Le soleil ne devrait-il pas simplement se lever plus tôt ET se coucher plus tard après le solstice d’hiver ? Si cette question vous est posée par un proche durant les fêtes ou si vous souhaitez simplement assouvir votre curiosité, les quelques explications de ce blog sont faites pour vous.

  • Météo

Pied de page

Navigation top bar

Toutes les autorités fédéralesToutes les autorités fédérales

Navigation des services

Commençons par les faits : le tableau de la Figure 1 montre les heures du lever et du coucher du soleil, ainsi que la durée du jour pour décembre 2023 à Lausanne. Sans surprise, c’est au solstice d’hiver (cette année le 22 décembre) que la durée du jour était la plus courte. Pourtant, le soleil continue de se lever plus tard après le solstice, alors que la durée du jour augmente. Par conséquent, il est clair que le coucher du soleil se retarde encore plus. Mais pourquoi cette asymétrie ? Pour comprendre cela, il faut d’abord apprécier la différence entre le midi solaire et 12 h. Le midi solaire est l’heure à laquelle le soleil est le plus haut dans le ciel (c.-à-d. au plus proche du Zénith). Cela ne correspond pas à 12 h pour deux raisons : tout d’abord l’existence des fuseaux horaires fait qu’il est la même heure légale à Santiago de Compostelle qu’à Skopje, alors que cette dernière est environ 2’500 km plus à l’est, ce qui correspond à un décalage de l'heure solaire d’environ 2 h ! Cela est relativement facile à comprendre, mais n’explique en rien pourquoi le soleil continue de se lever plus tard après le solstice d’hiver. En effet, à une localisation donnée, le décalage entre le midi solaire et 12 h n’est pas constant tout au long de l’année ! Pour comprendre cela, il faut se pencher un peu sur l’astronomie, mais rassurez-vous, pas besoin de faire décoller une fusée.

Définition d’un jour

Vous avez sûrement appris que la Terre tourne autour d’elle-même en 24 h. Pour être exact, elle tourne autour d’elle-même en 23h56. Mais comment expliquer ce décalage de 4 min entre la durée d’un jour et celle de la rotation de la Terre ? Un jour solaire est défini comme le temps qu’il faut pour que le soleil se retrouve à la même orientation d’un point donné le lendemain.  En tournant autour d’elle-même, la Terre a également tourné un petit peu autour du soleil : il faut donc qu’elle tourne encore un petit peu plus pour qu’elle retrouve la même orientation par rapport au soleil. Analysons ensemble la Figure 3 : au point (1), la flèche rouge pointe vers le soleil. Après une rotation complète de la Terre (2), cette même flèche ne pointe plus directement vers le soleil, car la Terre s’est légèrement déplacée autour de son orbite. Il faut donc qu’elle tourne encore un peu plus pour que la flèche pointe à nouveau vers le soleil (3). Cela lui prend à peu près 4 min. Toute la subtilité réside dans le à peu près. En effet, cette durée varie entre 3 min 30 s et 4 min 30 s. Deux facteurs expliquent cela : le fait que l’orbite de la Terre soit une ellipse et que son axe de rotation ne soit pas vertical (obliquité de la Terre).

L’orbite de la Terre est une ellipse

Vous vous souvenez peut-être que l’orbite de la Terre n’est pas un cercle, mais une ellipse, dont le soleil représente l’un des foyers (première Loi de Kepler). Comme le montre la Figure 3, la Terre est au plus proche du soleil au périhélie (début janvier) et au plus loin à l’aphélie (début juillet). De cela en découle la deuxième loi de Kepler : la Terre tourne plus vite autour du soleil au périhélie qu’à l’aphélie. En effet, la force de gravitation entre deux corps est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare : on peut intuitivement comprendre que lorsque la Terre est plus proche du soleil, elle accélère. C’est pourquoi au périhélie, la Terre a parcouru une distance plus importante le long de son orbite durant une rotation complète sur elle-même. Il lui faudra donc plus de temps pour qu’elle retrouve la même orientation par rapport au soleil (du point 2 au 3 sur la Figure 2). Cela implique que le soleil se lève plus tard en approchant du périhélie (début janvier), malgré le fait que les jours rallongent !

L’obliquité de la Terre

Dans l’explication ci-dessus, nous n’avons pas tenu compte du fait que l’axe de rotation de la Terre est incliné de 23.5° par rapport à la verticale. Cela a pour conséquence que l’heure du midi solaire n’est pas constante tout au long de l’année. Le midi solaire va être retardé à mesure qu’on se rapproche des solstices et avancé à mesure qu’on se rapproche des équinoxes. Les détails de l’effet de l’obliquité de la Terre sur la durée d’un jour solaire sortent du cadre de ce blog, mais nous vous proposons cet article pour plus de détails.

L’équation du temps

L’effet cumulé de l’ellipticité de l’orbite de la Terre et de son obliquité est résumé dans l’équation du temps, qui décrit le décalage de l’heure solaire par rapport à un jour de 24 h. Cette équation du temps est la superposition de deux courbes sinusoïdales : la première a une période d’un an et passe par zéro au périhélie et l’aphélie. La deuxième a une période d’une demi-année et passe par zéro aux solstices et aux équinoxes.

Conclusion

Un jour solaire est défini comme le temps qu’il faut pour que le soleil se retrouve à la même orientation d’un point donné le lendemain. Sans tenir compte de l’obliquité de la Terre, cela correspond au temps qu’il faut à la Terre pour tourner autour d’elle-même, plus le temps qu’il lui faut pour « rattraper » le fait qu’elle a parcouru une petite distance le long de son orbite autour du soleil. Ce dernier n’est pas constant, car la Terre tourne plus vite le long de son orbite en janvier qu’en juillet. De plus, l’obliquité de la Terre fait que le midi solaire varie entre les équinoxes et les solstices. Ces deux effets combinés font que le soleil est « en retard » par rapport à un jour de 24 h autour du solstice d’hiver. Par conséquent, le soleil continue de se lever plus tard après le solstice d’hiver, malgré que les jours rallongent.

Références

En plus des références en hyperlien dans le texte, l’article ci-dessous du Washington Post répond à la même question d’une manière plus simplifiée (en anglais). Finalement, l’article Wikipédia sur l’équation du temps propose une explication plus technique et complète.

Portrait

MétéoSuisse est l’Office fédéral de météorologie et de climatologie. Nous prenons le pouls du temps et du climat pour que vous ne soyez pas dans le brouillard.

Informations sur cet accès internet