Durée du jour

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Durée du jour en fonction de la latitude et du jour de l'année.

La durée du jour (ou longueur du jour) est le temps compris, chaque jour entre le moment où le limbe supérieur du Soleil apparait au-dessus de l'horizon, au lever de soleil, jusqu'à sa disparition en dessous, lors du coucher de soleil. Il s'agit de la période s'étendant entre l'aube et le crépuscule.

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

Généralités[modifier | modifier le code]

D'une façon générale, la durée du jour varie tout au long d'une année et dépend de la latitude. Cette variation est provoquée par l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre par rapport au plan de l'écliptique. Elle est au plus court lors du solstice de décembre dans l'hémisphère nord et de juin dans l'hémisphère sud, au plus long lors de celui de juin dans l'hémisphère nord et de décembre dans l'hémisphère sud ; lors des équinoxes, la durée du jour est en moyenne de 12 heures sur toute la Terre.

Durée du jour, lever et coucher de soleil à Madrid (40º 25') en 2011.

Calcul[modifier | modifier le code]

La durée du jour D (en heures) en un lieu terrestre peut être approximée par la formule suivante[1] :

D = 24-\frac{24}{\pi}.\cos^{-1}\left( \tan \lambda \tan\left( \sin^{-1}\left( \sin \alpha \sin \delta \right)\right)\right)

avec :

  • λ : latitude du site considéré
  • δ : angle parcouru par la terre sur son orbite depuis sa position à l'équinoxe de printemps
  • α : latitude des tropiques, 23°27'.

Variation à long terme[modifier | modifier le code]

À cause de la Lune et de la dissipation d'énergie que constituent les marées, la vitesse de rotation de la Terre sur elle-même diminue. La durée du jour augmente donc, au rythme d'environ deux millisecondes par siècle. De ce fait, au temps des dinosaures, il y a cent millions d'années, l'année durait trois cent quatre-vingt jours (de vingt-trois heures). La Lune s'éloignant de la Terre, cet effet d'allongement des jours (environ vingt-cinq secondes par million d'années, au Carbonifère) est de moins en moins rapide car la force exercée par la Lune sur la Terre est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.

À la fin du XVIIe siècle, Edmond Halley réalise une série de calculs pour retrouver les éclipses anciennes répertoriées dans la littérature. Il remarque que ses prédictions des trajectoires des éclipses sont décalées par rapport aux années de leur apparition. En 1695, il émet l'hypothèse que le mouvement moyen de la Lune devient plus rapide (ce qui n'est pas faux pour le mouvement apparent). En réalité, ce mouvement ralentit, car il se compose avec le ralentissement de la rotation diurne du aux marées, et avec l'augmentation du rayon de l'orbite de la Lune qui en résulte. (Deux faits inconnus d'Halley et de ses contemporains.)[2].

L'évolution de la durée du jour au cours des époques géologiques a été vérifiée expérimentalement au XXe siècle en comptant les cercles de croissances des coraux fossiles. Les coraux ont une croissance liée à l'éclairement diurne (formation du squelette calcaire uniquement le jour), mensuelle (coraux soumis aux marées) et annuelle (épaisseur des lignes de croissance différentes l'été et l'hiver). Il est ainsi possible de déterminer le nombre de jours par an aux époques géologiques, comme pour les Rugosa, coraux du Dévonien datés par radiochronologie[3] de quatre cent millions d'années, qui montrent environ quatre cent dix lignes de croissance annuelles contre trois cent soixante-cinq pour les coraux actuels[4]. Sur d'autres coraux du Dévonien sont identifiées des bandes mensuelles équivalents aux intervalles entre les phases de pleine lune et correspondant à treize mois lunaires par année dévonienne de trois cent quatre-vingt-dix-neuf jours[5]. Des résultats similaires sont trouvés sur des stromatolithes[6].

Un principe d'isochronisme relatif à la rotation des planètes du Système solaire[7] suggère que celles-ci ont toutes une période initiale de rotation comprise entre six et huit heures[8].

Date Période géologique Nombre de jours par an[9] Durée du jour[10]
Présent Actuelle 365 24 heures
− 100 millions d'années Jurassique 380 23 heures
− 200 millions d'années Permien 390 22.5 heures
− 300 millions d'années Carbonifère 400 22 heures
− 400 millions d'années Silurien 410 21.5 heures
− 500 millions d'années Cambrien 425 20.5 heures
− 1200 millions d'années Sténien 493,2 17.7 heures
− 2500 millions d'années Archéen 714 12.3 heures
− 4500 millions d'années (âge de la Terre) Hadéen 1434 6.1 heures

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Xavier Hubaut, « Le jour et la nuit », Université Libre de Bruxelles
  2. (en) F.R. Stephenson, Historical Eclipses and Earth's Rotation, Cambridge Univ.Press,‎ 1997, 573 p.
  3. (en) John Wells, « Coral growth and geochronometry », Nature, vol. 197,‎ 1963, p. 948-950
  4. (en) S.K. Runcorn, « Corals as paleontological clocks », Scientific American, vol. 215,‎ 1966, p. 26–33
  5. (en) Colin T. Scrutton, « Periodicity in Devonian Coral Growth », Paleontology, vol. 7,‎ 1965, p. 552-558
  6. (en) K.J. McNamara et S.M. Awramik, « Stromatolites : A key to understanding the early evolution of life », Sci. Progress, vol. 76,‎ 1992, p. 345
  7. (en) Alfven et G. Arrhenius, Evolution of the solar system, NASA, Washington, USA,‎ 1976
  8. (en) L.V. Ksanfomality, « Possible emergence and evolution of life are restricted by characteristics of the Planet », Astrophys. Space Sci., vol. 252,‎ 1997, p. 41
  9. « Paléo-Astronomie », J.Kovalesky Bureau des Longitudes
  10. (en) Arbab Ibrahim Arbab, « The Length of the Day : A Cosmological Perspective », Progress in Physics, vol. 1,‎ janvier 2009, p. 8-9

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