Thème 3–La Terre, un astre singulier

La Terre, singulière parmi un nombre gigantesque de planètes, est un objet d’étude ancien. Les évidences apparentes et les récits non scientifiques ont d’abord conduit à de premières représentations. La compréhension scientifique de sa forme, son âge et son mouvement résulte d’un long cheminement, émaillé de controverses.

3-1 La forme de la Terre

L’environnement « plat » à notre échelle de perception cache la forme réelle de la Terre, dont la compréhension résulte d’une longue réflexion. Au-delà de la dimension historique et culturelle, la mise en œuvre de différentes méthodes de calcul de longueurs à la surface de la Terre permet de développer des compétences mathématiques de calcul et de représentation et invite à exercer un esprit critique sur les différents résultats obtenus, les approximations réalisées et les limites d’un modèle.

Dès l’antiquité, des observations de différentes natures ont permis de conclure que la Terre était sphérique, alors même que, localement, elle apparaît plane dans la plupart des expériences quotidiennes. Cette forme sphérique est une conséquence de l’attraction gravitationnelle. Des méthodes géométriques ont permis de calculer la longueur d’un méridien (environ 40 000 km) à partir de mesures d’angles ou de longueurs : méthodes d’Ératosthène et de triangulation plane.

Mesure de la longueur d’un méridien par les enfants du monde le 21 juin 2019

Livre p134-135

On repère un point à la surface de la Terre par deux coordonnées angulaires, sa latitude et sa longitude.

  • La latitude a pour référence (latitude 0°) l’équateur, on note les latitudes positivement vers le Nord ou avec l’initiale N (et négativement vers le Sud ou avec l’initiale S).
  • La longitude a pour référence (longitude 0°) le méridien de Greenwich (en UK), on note les longitudes positivement vers l’Est ou avec l’initiale E (et négativement vers l’Ouest ou avec l’initiale O).
  • Par exemple, la ville de Vienne (Stefansdom) a pour coordonnées 48° 12′ 29.427″ N 16° 22′ 25.748″ E
  • Par exemple, l’île de la Réunion (forêt de Bébour) a pour coordonnées 21° 6′ 54.508″ S 55° 32′ 10.982″ E

Pointage manuel du cyclone à la Réunion, et carte interactive en temps réel

coordonnées du centre de la dépression

 

 

 

 

 

Le plus court chemin entre deux points à la surface de la Terre est l’arc du grand cercle qui les relie.

Résultat de recherche d'images pour "principe de galileo"
triangulation pour positionnement par satellite

Une vidéo du CNES pour expliquer comment fonctionne Galileo (même principe que le GPS)

exercice 7p140 : décalage horaire Brest/Strasbourg

exercice 8 p140 : repérage en mer

3-2 L’histoire de l’âge de la Terre

L’âge de la Terre est d’un ordre de grandeur sans rapport avec la vie humaine. Sa compréhension progressive met en œuvre des arguments variés.

Livre p144-145 : historique des estimations

exercice p153 : datation d’une vallée

Livre p146-147 : tentatives expérimentales

Au cours de l’histoire des sciences, plusieurs arguments ont été utilisés pour aboutir à la connaissance actuelle de l’âge de la Terre : temps de refroidissement, empilements sédimentaires, évolution biologique, radioactivité.

Livre p148-149 : datations par horloge radioactive

âge de la Terre défini par des météorites, des sédiments océaniques actuels, des galènes récentes (d’après Murphy et Patterson, 1962) selon la méthode Pb-Pb

L’âge de la Terre aujourd’hui précisément déterminé est de 4,57.109 ans.

exercice 5p154 : le chronomètre Rb/Sr

 

3-3 La Terre dans l’univers

Le mouvement de la Terre dans l’Univers a été l’objet de célèbres et violentes controverses. L’étude de quelques aspects de ces débats permet de comprendre la difficulté de la construction du savoir scientifique.

Observée dans un référentiel fixe par rapport aux étoiles, la Terre parcourt une trajectoire quasi circulaire autour du Soleil. Le passage d’une conception géocentrique à une conception héliocentrique constitue l’une des controverses majeures de l’histoire des sciences. Observée dans un référentiel géocentrique, la Lune tourne autour de la Terre sur une trajectoire quasi-circulaire. Elle présente un aspect qui varie au cours de cette rotation (phases). La Lune tourne également sur elle-même et présente toujours la même face à la Terre.

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