La Terre, sa forme, sa rotation, ses marées

Quelle vision les géophysiciens et les géodésiens ont-ils de la forme de la Terre en 2019 ? Pour un géophysicien, la notion de “forme” de la Terre regroupe plusieurs concepts différents tels que le potentiel de pesanteur, le géoïde, la notion d'altitude. Détail de ces concepts et de leur mesure, quelques exemples de leur utilisation contemporaine ainsi que de leur suivi temporel.

Après le calcul de Newton pour une Terre ellipsoïdale homogène en rotation axiale, Clairaut résout le calcul de l'aplatissement pour une Terre plus réaliste, stratifiée en couches de densités différentes, grâce à un système d'équations toujours utilisées de nos jours.

La Terre sphérique est la façon la plus simple d'approximer la forme de la Terre globale. Au niveau d'approximation suivant, la Terre prend à peu près la forme d'un ellipsoïde de révolution aplati aux pôles et renflé à l'équateur. C'est Newton qui, en 1687, réussit le premier à montrer ce résultat dans le cas particulier où la Terre serait homogène. Il le fit “sans sortir de chez lui”, c'est-à-dire par le calcul, comme l'écrivit Voltaire pour railler ceux qui partirent réaliser les mesures au pôle et à l'équateur.

Pourquoi la Terre est sphérique (parce que les montagnes ne peuvent pas être trop hautes) et rayon critique pour la sphéricité des astres. Sismologie et mise en évidence de la sphéricité des enveloppes internes de la Terre.

Remonter dans le temps, le long des lignes cotidales, et parler de quelques hommes à qui sont attribués des résultats importants concernant l'aspect dynamique des marées.

Description et analyse du fonctionnement des machines conçues par William Thomson, premier baron Kelvin (1824–1907), pour mesurer puis analyser et prédire les marées, à l'aide de la décomposition du signal en séries de Fourier.

Connaissant les mouvements "naturels" de l'axe de la Terre (précession, inclinaison), voyons comment Jules Verne a imaginé une entreprise destinée à déplacer "artificiellement", et instantanément, le pôle de rotation de la planète.

Quelques éléments sur la description de la précession et sa prise en compte depuis sa découverte, attribuée à l'astronome grec Hipparque.

Les expériences qui ont fourni des preuves des mouvements de la Terre. Léon Foucault (1819-1868), son célèbre pendule et son gyroscope.

Le contenu scientifique du roman de Jules Verne et son contexte historique, social et intellectuel.

L'expédition en Laponie de 1736-1737 dans son contexte, éléments historiques sur l'organisation des recherches scientifiques au XVIIIème siècle. Une telle expédition mobilisait des savants connus et nécessitait des moyens logistiques importants, elle ne pouvait pas être entreprise sans appuis officiels au plus haut niveau.

Les mesures de pesanteur et de distances qui ont permis d'attester l'aplatissement de la Terre selon son axe de rotation (Terre ellipsoïdale aplatie aux pôles).

Les mesures de méridien effectuées à la fin du XVIIème et au début du XVIIIème siècle sont situées dans leur contexte scientifique et institutionnel. En plus de leur intérêt pratique pour la cartographie, ces mesures sont importantes pour le débat entre les partisans de Descartes (Terre allongée aux pôles) et de Newton (Terre aplatie aux pôles). L'arc de méridien Dunkerque-Paris-Collioure va-t-il permettre de conclure ?

Rappel de quelques jalons de la pensée grecque aux sources de la science occidentale, et du contexte des premières tentatives de détermination de la forme de la Terre, généralement attribuées au philosophe alexandrin Ératosthène, au IIème siècle avant J-C.