Comment sont définis les solstices

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire des Sciences de la Terre

Philippe Merlin

Observatoire de Lyon

Emmanuelle Cecchi

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

22/11/2000

Résumé

Définition des équinoxe et des solstices, et introduction de la notion de saison astronomique.


La question

« J'aimerais savoir si les termes de solstices d'été et d'hiver s'appliquent aussi à l'hémisphère sud ou bien s'il existe des termes plus appropriés? »

La réponse de Philippe Merlin et Pierre Thomas

Figure 1. Animation interactive L'alternance des saisons


Qu'est-ce qu'une saison, au sens astronomique ?

Les termes des saisons sont associés à des durées qui commencent à des dates bien précises associées à des positions Terre-Soleil remarquables:

  • printemps : 21 mars - 21 juin
  • été : 21 juin - 23 septembre
  • automne : 23 septembre - 21 décembre
  • hiver : 21 décembre -21 mars

à un ou deux jours près suivant la date exacte des équinoxes et solstices (à cause des années bissextiles entre autre).

Dans ce sens astronomique, ces termes s'appliquent aux deux hémisphères. Mais il est d'usage aussi d'utiliser ces termes dans le sens saisons météorologiques , été : saison chaude, hiver : saison froide. Dans ce sens, il faut bien préciser si l'on est dans l'hémisphère nord ou sud.

Figure 2. Position de la Terre sur son orbite autour du Soleil

Notez que cet orbite est très proche d'un cercle.


Solstices et équinoxes

Les solstices et équinoxes sont des dates précises qui encadrent les saisons. Celles-ci sont des espaces de temps divisant l'année en quatre périodes: printemps, été, automne et hiver. Solstices et équinoxes correspondent donc à des époques et à positions remarquables de la Terre sur son orbite autour du Soleil.

L'axe de rotation de la Terre est incliné de 23°27' par rapport à la normale au plan de l'écliptique (plan de l'orbite de la Terre). Il reste parallèle à lui-même pendant la rotation de la Terre autour du Soleil.

Ainsi, le Soleil parait, au cours de l'année, se déplacer par rapport aux étoiles et osciller de part et d'autre du plan équatorial (voir variations de l'inclinaison des rayons du Soleil dans l'animation).

Les positions remarquables se produisent donc aux moments où le Soleil est:

  1. dans le plan équatorial, ce sont les équinoxes , moments où les rayons du Soleil arrivent perpendiculairement sur l'axe de rotation de la Terre. Les rayons du Soleil sont donc parallèles à l'équateur. Cela a pour conséquence que la durée du jour et de la nuit sont égales partout sur Terre, d'où l'origine du mot équinoxe.
  2. Le plus éloigné du plan équatorial qui sont les solstices , moments où les rayons du soleil sont les plus inclinés sur l'équateur.

Figure 3. Solstice de décembre


Figure 4. Équinoxes de mars et septembre


Représentation de la Terre et son ensoleillement au solstice d'hiver et aux équinoxes de printemps et d'automne:

Ces changements d'inclinaison du Soleil par rapport à l'horizon, le font donc voir, lors de son mouvement diurne, soit haut sur l'horizon, en été (chez nous), soit bas, en hiver. C'est l'inverse pour l'hémisphère sud.

Si on regarde le Soleil tous les jours, à la même heure, entre décembre et juin, on constate que le Soleil s'élève sur l'horizon.... Il atteint sa hauteur maximale le 21 juin puis redescend jusqu'au 21 décembre. À partir de cette date, il ne descend pas plus bas mais entame alors sa remontée et ainsi de suite. D'où l'étymologie latine du mot solstice, sol  : soleil et stare  : s'arrêter dans le mouvement par rapport à l'équateur.

Ces changements d'inclinaison ont aussi pour conséquence directe, les changements de la durée des jours et des nuits tout au long de l'année (voir figures). Et en conséquence, ses deux effets, hauteur du Soleil et durée des jours, sont deux les principaux facteurs des variations d'ensoleillement au cours de l'année.

Le tableau ci-dessous vous donne la durée du jour en fonction de la latitude, pendant les solstices et les équinoxes. Cette durée dépend directement de la position de la Terre sur son orbite.

Tableau 1. Durée du jour en fonction de la latitude, pendant les solstices et les équinoxes:

Latitude en degrés

Solstice d'été (21 juin)

Solstice d'hiver (21 décembre)

Équinoxes

0

12 h 00 min

12 h 00 min

12 h 00 min

10

12 h 35 min

11 h 25 min

12 h 00 min

20

13 h 12 min

10 h 48 min

12 h 00 min

30

13 h 56 min

10 h 04 min

12 h 00 min

40

14 h 52 min

09 h 08 min

12 h 00 min

50

16 h 18 min

07 h 42 min

12 h 00 min

60

18 h 27 min

05 h 33 min

12 h 00 min

70

24 h 00 min (pour 2 mois)

00 h 00 min

12 h 00 min

80

24 h 00 min (pour 4 mois)

00 h 00 min

12 h 00 min

90

24 h 00 min (pour 6 mois)

00 h 00 min

12 h 00 min