Demandez à une classe pourquoi la Lune change de forme, et quelqu’un répondra presque toujours que la Terre se met en travers et projette son ombre sur elle. C’est l’une des idées fausses les plus répandues en sciences, y compris chez les adultes. Cela semble logique, c’est faux et, étonnamment, un simple schéma suffit rarement à dissiper cette idée.
Cette leçon donne aux élèves les outils nécessaires pour vérifier eux-mêmes l’hypothèse de l’ombre et la remplacer par la véritable explication.
La vraie raison en une phrase
Le Soleil éclaire toujours exactement la moitié de la Lune. À mesure que la Lune tourne autour de la Terre, nous voyons différentes portions de cette moitié éclairée.
Rien ne recouvre la Lune. À la nouvelle lune, la moitié éclairée est tournée à l’opposé de nous. À la pleine lune, elle nous fait entièrement face. Entre les deux, nous voyons sous un angle un mélange de la moitié éclairée et de la moitié sombre.
Vue d’en haut
L’étape clé consiste à montrer deux vues à la fois : la Lune tournant autour de la Terre, vue de très haut au-dessus du pôle Nord, et son apparence depuis le sol. Le laboratoire des phases de la Lune présente ces deux vues côte à côte. Vous pouvez faire glisser la Lune sur son orbite ou faire défiler un mois entier.
Demandez aux élèves de se placer sur la Terre représentée et d’observer chaque Lune à tour de rôle. À la position la plus proche du Soleil, ils ne voient que la face sombre. Un quart de tour plus loin, ils voient une moitié éclairée et une moitié sombre. De l’autre côté, ils voient toute la face éclairée.
L’apparence depuis la Terre
Trois façons de tester l’hypothèse de l’ombre
Ne vous contentez pas de dire aux élèves que l’idée de l’ombre est fausse. Donnez-leur des preuves et laissez-les la rejeter eux-mêmes.
1. Dans quelle direction l’ombre pointe-t-elle ?
L’ombre de la Terre pointe toujours directement à l’opposé du Soleil. Vue de dessus, cela signifie qu’elle ne peut atteindre la Lune que lorsque celle-ci se trouve de l’autre côté, à la pleine lune. Mais les croissants de lune apparaissent lorsque la Lune se trouve du même côté que le Soleil, là où l’ombre de la Terre ne peut absolument pas l’atteindre.
2. La forme ne correspond pas
L’ombre de la Terre est ronde et bien plus grande que la Lune. Lorsqu’elle empiète sur la Lune, elle laisse donc toujours une encoche dans la partie éclairée. Une Lune gibbeuse a une partie éclairée qui s’arrondit vers l’extérieur des deux côtés. Aucune ombre ronde ne peut produire cette forme, mais une sphère éclairée d’un côté et vue sous un certain angle la présente chaque mois.
3. On voit bien l’ombre parfois
Lorsque la Lune traverse réellement l’ombre de la Terre, on appelle cela une éclipse lunaire. Cela ne se produit qu’à la pleine lune, dure quelques heures plutôt que deux semaines et la Lune prend souvent une teinte rouge terne. Voilà à quoi ressemble l’ombre de la Terre, et cela n’a rien à voir avec un croissant.
Pourquoi n’y a-t-il pas d’éclipse tous les mois ? L’orbite de la Lune est inclinée d’environ 5 degrés, si bien que la Lune passe généralement juste au-dessus ou au-dessous de l’ombre. Dans le laboratoire, l’orbite reste à plat pour que les phases soient plus faciles à observer. C’est donc une bonne question à poser une fois que les élèves ont compris le schéma de base.
Quand peut-on voir chaque phase ?
Les élèves sont souvent surpris d’apprendre que la Lune est visible en journée. Activez les heures de la journée dans le laboratoire : le calendrier découle du même schéma. Chaque jour, la Lune atteint son point le plus haut dans le ciel environ 50 minutes plus tard.
| Phase | Jours depuis la nouvelle lune | Se lève vers | Est au plus haut dans le ciel vers | Se couche vers |
|---|---|---|---|---|
| Nouvelle Lune | 0.0 | 06:00 | 12:00 | 18:00 |
| Premier croissant | 3.7 | 09:00 | 15:00 | 21:00 |
| Premier quartier | 7.4 | 12:00 | 18:00 | 00:00 |
| Lune gibbeuse croissante | 11.1 | 15:00 | 21:00 | 03:00 |
| Pleine Lune | 14.8 | 18:00 | 00:00 | 06:00 |
| Lune gibbeuse décroissante | 18.5 | 21:00 | 03:00 | 09:00 |
| Dernier quartier | 22.1 | 00:00 | 06:00 | 12:00 |
| Dernier croissant | 25.8 | 03:00 | 09:00 | 15:00 |
Heures locales approximatives, sans tenir compte de la latitude ni de l’inclinaison de l’orbite, comme dans le labo.
Le Premier quartier se lève donc vers 12:00 et est déjà haut dans le ciel de l’après-midi avant le coucher du Soleil. Le Pleine Lune se lève vers 18:00, juste au moment où le Soleil se couche, ce qui explique qu’il soit visible toute la nuit. Une bonne activité à faire à la maison : cherchez la Lune après l’école, quelques jours après la nouvelle lune, et dessinez ce que vous voyez.
Hémisphères nord et sud
Si vous enseignez en Australie, en Nouvelle-Zélande, en Afrique du Sud ou en Amérique du Sud, la Lune apparaît à l’envers. Lorsqu’elle est croissante, son côté gauche est éclairé plutôt que son côté droit. Le labo dispose d’un sélecteur d’hémisphère qui permet aux élèves de constater que la phase est la même partout sur Terre : seule notre position et la façon dont nous la regardons changent.
Une séquence de cours
- Demandez à la classe de dessiner comment elle pense que les phases se produisent. Gardez les dessins : ils représentent l’état initial.
- Affichez ensemble la vue de dessus et la vue depuis la Terre. Faites défiler un mois lentement et arrêtez-vous à chaque phase nommée.
- Activez le repère de la moitié tournée vers la Terre et demandez aux élèves de prédire chaque phase avant de la révéler.
- Réalisez les trois tests d’ombre ci-dessus sous forme de discussion en classe.
- Demandez aux élèves de redessiner leur explication et de la comparer à leur premier dessin.
Questions pour vérifier la compréhension
- Si la Lune est au premier quartier ce soir, quelle phase aura-t-elle dans environ deux semaines ?
- Pourquoi ne peut-on jamais voir un croissant de Lune à minuit ?
- Une personne située de l’autre côté de la Terre observe la Lune ce soir. Voit-elle une phase différente ?
- Lors de la nouvelle Lune, la face cachée de la Lune est-elle plongée dans l’obscurité ?