Observer une éclipse de Soleil grâce à une écumoire

Pierre Thomas

Laboratoire de Sciences de la Terre / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

03/01/2011

Résumé

Optique et écumoire : observation sans risque d'une éclipse de Soleil.


Figure 1. Ombre d'une écumoire sur un tissu blanc lors d'une éclipse partielle de Soleil (Égypte, 29 mars 2006)

Ombre d'une écumoire sur un tissu blanc lors d'une éclipse partielle de Soleil (Égypte, 29 mars 2006)

L'écumoire possède 12 trous circulaires. Ces trous fonctionnent chacun comme l'orifice d'une chambre noire et forment 12 images du Soleil partiellement éclipsé, à savoir 12 croissants. Le soleil est ici éclipsé à 80%.


Le mardi 4 janvier 2011, le Soleil se lèvera partiellement éclipsé en France métropolitaine. Cette éclipse partielle sera visible entre le lever du soleil est environ 10h15 (voir figure 2). Les éclipses partielles de Soleil sont l'occasion de faire de « l'optique amusante ». Une chambre noire correspond à une boite avec une face percée d'un petit trou, et avec la face opposée au trou fait d'une substance translucide (genre papier calque). Alors il se forme sur le papier calque une image renversée de ce qui est devant la cambre noire. C'est Léonard de Vinci qui en 1514 expliqua, ou du moins popularisa, le fonctionnement de cet appareil optique élémentaire.

Figure 2. Le principe de la chambre noire

Le principe de la chambre noire

Le Soleil est une source lumineuse tellement forte que n'importe quel objet opaque troué peut faire office de chambre noire, l'image du Soleil étant formée dans l'ombre de l'objet, alignée avec le trou. Une écumoire percée de plusieurs trous fait parfaitement l'affaire, puisque chaque trou va former une image du Soleil. En temps ordinaire, les images du Soleil visibles dans l'ombre d'une écumoire sont circulaires, et la majorité des gens pourrait penser que c'est parce que les trous de l'écumoire sont ronds. Fatale erreur ! Une écumoire à trous carrés ou en étoiles donnerait aussi des taches circulaire. Pour se convaincre que les taches rondes ne sont pas des images des trous, mais des images du Soleil, il y a 2 solutions : (1) prendre un carton, y percer plusieurs petits trous de formes diverses, et regarder la forme des taches dans l'ombre du carton ; elles seront toujours circulaires, (2) attendre une éclipse partielle de Soleil. Dans ce cas, on verra que les taches n'ont pas la forme des trous, mais bien la forme du croissant qu'à le Soleil pendant les éclipses partielles, à savoir un croissant. On pourra d'ailleurs observer que le croissant du Soleil et les croissants images du Soleil sont tournés de 180°. Les figures 1 et 3 à 6 montrent une séries d'images prises pendant les phases partielles de l'éclipse du 29 mars 2006, qui était totale en Égypte.

Figure 3. Dispositif optique permettant d'obtenir des images du Soleil pendant une éclipse (Égypte, 29 mars 2006)

Dispositif optique permettant d'obtenir des images du Soleil pendant une éclipse (Égypte, 29 mars 2006)

Ce dispositif comprend une écumoire à 12 trous, donnant chacun une image du Soleil : l'ombre de cette écumoire s'observe sur un drap blanc.


Figure 4. L'ombre d'une écumoire et les 12 images du Soleil faites par ses 12 trous

L'ombre d'une écumoire et les 12 images du Soleil faites par ses 12 trous

À chaque trou correspond une tache circulaire de lumière. Ces taches ne sont pas circulaires parce que les trous de l'écumoire sont circulaires. Une écumoire à trou carrés ou en étoiles ferait aussi des taches lumineuses circulaires. Ces trous sont simplement l'image du Soleil formée par chaque trou.


Figure 5. Ombre d'une écumoire sur un tissu blanc lors d'une éclipse partielle de Soleil (Égypte, 29 mars 2006)

Ombre d'une écumoire sur un tissu blanc lors d'une éclipse partielle de Soleil (Égypte, 29 mars 2006)

Cette écumoire possède 12 trous, circulaires. Ces trous fonctionnent chacun comme l'orifice d'une chambre noire et forment 12 images du Soleil partiellement éclipsé, à savoir 12 croissants. Le Soleil est ici éclipsé à 30%.


Figure 6. Ombre d'une écumoire sur un tissu blanc lors d'une éclipse partielle de Soleil (Égypte, 29 mars 2006)

Ombre d'une écumoire sur un tissu blanc lors d'une éclipse partielle de Soleil (Égypte, 29 mars 2006)

Cette écumoire possède 12 trous, circulaires. Ces trous fonctionnent chacun comme l'orifice d'une chambre noire et forment 12 images du Soleil partiellement éclipsé, à savoir 12 croissants. Le Soleil est ici éclipsé à 55%.


La figure suivante donne les heures du lever du soleil, du maximum de l'éclipse avec le pourcentage d'occultation du Soleil, et de la fin de l'éclipse avec la hauteur du Soleil sur l'horizon en fonction de différentes villes de France. La figure 8 schématise le principe des éclipses partielles de Soleil.

Figure 7. Données pour observer en France l'éclipse partielle de Soleil du 4 janvier 2011

Données pour observer en France l'éclipse partielle de Soleil du 4 janvier 2011

Les heures (en heure légale = TU-1) du lever du Soleil, du maximum de l'éclipse avec le pourcentage d'oocultation du Soleil, et de la fin de l'éclipse avec la hauteur du Soleil sur l'horizon en fonction de différentes villes de France



N'oubliez par que regarder fixement à l'œil le Soleil, même partiellement éclipsé, est dangereux pour l'œil. Cela peut même causer la cécité si on le regarde à la jumelle. Il faut utiliser des filtres, à moins qu'une brume (très) épaisse, fréquente pendant les petits matins de janvier, n'absorbe un fort pourcentage de la lumière solaire et que celui-ci ne soit plus qu'un globe orangé non éblouissant. L'observation indirecte est la règle pour le Soleil.

Ajout post-éclipse . Peut-être les conditions météorologiques ne vous ont-elles pas permis de bien voir l'éclipse du 4 janvier 2011 au matin. À Lyon, le soleil jouait avec les nuages. Tout le début de l'éclipse a été invisible, mais, vers 10h, la fin du phénomène a pu être observée. En témoigne cette photographie prise à 10h05 (heure locale). Il s'agit d'une photo prise sans filtre, les nuages jouant ce rôle.

Figure 9. L'éclipse partielle de soleil du 4 janvier 2011 photographiée (sans filtre) à 10h05 (HLF) à travers les nuages depuis les jardins de l'ENS de Lyon

L'éclipse partielle de soleil du 4 janvier 2011 photographiée (sans filtre) à 10h05 (HLF) à travers les nuages depuis les jardins de l'ENS de Lyon

Les nuages ont joué le rôle de filtre en cette matinée très brumeuse.


Pour ceux qui n'ont rien vu, rappelons que la prochaine éclipse (partielle) de Soleil visible de France métropolitaine aura lieu le 20 mars 2015 vers 9h30. Et si cette date du 20 mars coïncide avec les vacances de printemps, on peut signaler que cette éclipse sera totale aux Îles Féroé et au Svalbard (= Spitzberg). Une bonne idée de vacances.

Quant à la prochaine éclipse totale visible en France métropolitaine, il faudra attendre le 3 septembre… 2081.